Argamassas de cal aérea com incorporação de cinzas de ... · materiais existentes nos edifícios a reabilitar, o que suscitou o interesse de readquirir os conhecimentos relativos

Argamassas de cal aérea com incorporação de cinzas de

casca de arroz

Estudo da influência da granulometria das cinzas

João Carlos Duarte Tiago

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em

Engenharia Civil

Júri

Presidente: Prof. Doutor Jorge Manuel Caliço Lopes de Brito

Orientador: Prof.ª Doutora Ana Paula Teixeira Ferreira Pinto França de Santana

Co-Orientador: Prof. Doutor Augusto Martins Gomes

Vogal: Eng. João Manuel Bessa Pinto

Outubro de 2011

i

RESUMO

A aplicação de argamassas de cal aérea com incorporação de materiais pozolânicos não é

recente na construção. Contudo, nos últimos anos a sua aplicação foi gradualmente substituída

por argamassas à base de cimento e de cal hidráulica, o que provocou um esquecimento das

técnicas e conhecimentos associados à aplicação de argamassas de cal aérea com adição de

materiais pozolânicos. Porém, estas novas técnicas nem sempre são compatíveis com os

materiais existentes nos edifícios a reabilitar, o que suscitou o interesse de readquirir os

conhecimentos relativos à utilização de argamassas de cal aérea com incorporação de adições

pozolânicas.

A presente dissertação teve como objectivo estudar a reactividade pozolânica de cinzas de

casca de arroz numa argamassa de cal aérea e avaliar a influência da granulometria das

cinzas no desempenho de argamassas de cal aérea formuladas com estas cinzas.

O trabalho experimental incidiu sobre o estudo de quatro argamassas formuladas com cinza de

casca de arroz, igual relação cal/cinza (1:2) e consistência (165 ± 5 mm) e uma argamassa de

referência. A cinza comercial foi previamente preparada para se obter amostras com

granulometrias diferentes. A caracterização das argamassas foi efectuada com base em várias

determinações utilizadas neste tipo de estudos.

A melhoria de várias características das argamassas estudadas evidenciou a reactividade

pozolânica da cinza estudada, a possibilidade do seu incremento através da redução da

dimensão das suas partículas, bem como o interesse da sua aplicação em argamassas de

reabilitação, uma vez que cumprem alguns dos requisitos de compatibilidade com os suportes

antigos.

Palavras-chave: argamassas de cal aérea, cinza de casca de arroz, reactividade pozolânica,

granulometria.

ii

iii

Abstract

The use of lime based mortars with pozzolanic material is not new in constrution. Its application

has been gradually replaced by cement-based mortars and hydraulic lime. However, cement

based mortars and hydraulic lime are often incompatible with the materials used to rehabilitate

buildings. That increase the interest in recovering the lost knowledge associated with the use of

lime mortars with pozzolanic materials.

The aim of the present work is to study the pozzolanic reactivity of rice husk ash in lime mortars

and evaluate the effect of rice husk ash particle size in lime based mortars. For the purpose,

four mortars were studied with three fixed parameters: the rice husk ash type), ratio lime/ash

(1:2) and consistency (165 ± 5 mm). The commercial rice husk ash was previously prepared in

order to obtain samples with different particle sizes. As a reference a pure lime mortar sample

was also formulated. The latter was subjected to dry cure whereas the lime mortars with rice

husk ash were subjected to saturated environments. Mortars characterization tests included:

determination of consistence of fresh mortar, bulk density, water retention, flexural resistance,

compressive resistance, ultrasonic propagation velocity, superficial hardness, capillarity water

absorption, open porosity, karsten tube penetration test.

Improved characteristics of the mortars suggest that rice husk ash is pozzolanic reactive.

Furthermore pozzolanic reactivity of rice husk ash is increased by particle size reduction. Given

that the studied mortars fulfill most of the requirements for old buildings applications, the

present study highlights its potential as repair mortars.

Key-Words: lime mortar, rice husk ash, pozzolanic reactivity, particle size.

iv

v

AGRADECIMENTOS

Professora Ana Paula Pinto pela definição das linhas mestras desta dissertação, pelos

esclarecimentos, disponibilidade e orientações prestadas.

Professor Augusto Gomes pela paciência, pela disponibilidade e auxilio na conclusão deste

trabalho.

Engenheiro Nuno Almeida, um agradecimento muito especial pela motivação incansável,

acompanhamento laboratorial e companheirismo, sem o qual esta dissertação não seria a

mesma.

À Ana Rita pela ajuda, companhia e pelos bons momentos passados durante o trabalho

experimental.

Ao Sr. Leonel pelo apoio prestado durante o período de ensaios.

À Engª. Ângela Nunes da SECIL assim como ao Centro de Desenvolvimento de Aplicações de

Cimento pelo importante contributo para uma melhor caracterização da Cinza de Casca de

Arroz.

A todos os meus amigos que ao longo deste anos sempre estiveram ao meu lado em todas as

aventuras!

À minha mãe, ao meu pai e ao meu irmão por serem quem são! Muito obrigado por tudo!

vi

vii

ÍNDICE DE TEXTO

1 Introdução .............................................................................................................................. 1

1.1 Justificação .................................................................................................................... 1

1.2 Objectivos da dissertação ............................................................................................. 3

1.3 Estrutura e organização da dissertação ........................................................................ 3

2 Argamassas de Cal Aérea em edifícios antigos ................................................................... 5

2.1 Considerações gerais .................................................................................................... 5

2.2 Argamassas de cal aérea para paredes de edifícios antigos ....................................... 6

2.2.1 Principais anomalias em argamassas de cal aérea e princípios orientadores de

intervenção face às anomalias .............................................................................................. 6

2.2.2 Características das argamassas para rebocos exteriores de edifícios antigos ...... 11

2.2.2.1 Requisitos e características relacionadas com a protecção dos substratos... 12

2.2.2.2 Requisitos e características relacionadas com a durabilidade das argamassas

13

3 Argamassas de cal aérea e componentes pozolânicos ...................................................... 15

3.1 Cal aérea ..................................................................................................................... 15

3.2 Definição de materiais pozolânicos ............................................................................. 17

3.3 Reactividade das pozolanas ....................................................................................... 18

3.4 Medição da reactividade das pozolanas ..................................................................... 20

3.4.1 Ensaios mecânicos .................................................................................................. 20

3.4.2 Ensaios químicos .................................................................................................... 21

4 Cinzas de casca de arroz .................................................................................................... 23

4.1 Contextualização histórica .......................................................................................... 23

4.2 Propriedades da casca de arroz ................................................................................. 24

4.3 Propriedades pozolânicas das cinzas de casca de arroz ........................................... 26

viii

4.4 Influência da granulometria das cinzas de casca de arroz na reactividade pozolânica

33

5 Materiais utilizados na produção das argamassas ............................................................. 43

5.1 Areia de rio .................................................................................................................. 43

5.1.1 Análise granulométrica da areia de rio .................................................................... 43

5.1.2 Determinação da baridade ...................................................................................... 45

5.2 Cal aérea hidratada em pó .......................................................................................... 45

5.3 Cinza de casca de arroz comercial ............................................................................. 46

5.3.1 Pré – peneiração ..................................................................................................... 46

5.3.2 Moagem ................................................................................................................... 49

5.3.3 Peneiração – fraccionamento da cinza em diferentes granulometrias ................... 53

6 Plano de ensaios experimentais ......................................................................................... 61

6.1 Considerações gerais .................................................................................................. 61

6.2 Descrição do plano de ensaios ................................................................................... 62

6.2.1 Primeira fase do trabalho experimental................................................................... 62

6.2.2 Segunda fase do trabalho experimental.................................................................. 63

6.3 Caracterização das argamassas estudadas ............................................................... 65

6.4 Produção das argamassas e preparação dos provetes.............................................. 66

6.4.1 Produção da argamassa ......................................................................................... 66

6.4.2 Produção dos provetes prismáticos ........................................................................ 69

6.4.3 Aplicação da camada de revestimento sobre tijolos ............................................... 71

6.5 Caracterização das argamassas no estado fresco ..................................................... 72

6.5.1 Avaliação da consistência por espalhamento ......................................................... 73

6.5.2 Retenção de água ................................................................................................... 75

6.5.3 Determinação da massa volúmica aparente ........................................................... 76

6.5.4 Exsudação ............................................................................................................... 78

ix

6.6 Caracterização das argamassas no estado endurecido ............................................. 79

6.6.1 Características mecânicas ...................................................................................... 79

6.6.1.1 Resistência à flexão e à compressão .............................................................. 79

6.6.1.2 Determinação da velocidade de propagação de ultra-sons ............................ 81

6.6.1.3 Determinação da dureza superficial – Esclerómetro Pendular ....................... 84

6.6.2 Avaliação das características físicas ....................................................................... 85

6.6.2.1 Determinação da absorção de água por capilaridade .................................... 85

6.6.2.2 Determinação da porosidade aberta ............................................................... 87

6.6.2.3 Determinação da absorção de água sob baixa pressão – Método do cachimbo

89

6.6.2.4 Avaliação da cinética de secagem .................................................................. 90

6.6.2.5 Avaliação da profundidade de carbonatação com o indicador de fenolflaleína

93

7 Apresentação, Análise e discussão dos resultados ............................................................ 95

7.1 Caracterização das argamassas no estado fresco ..................................................... 95

7.1.1 Avaliação da consistência por espalhamento ......................................................... 95

7.1.2 Retenção de água ................................................................................................... 98

7.1.3 Massa volúmica aparente ..................................................................................... 100

7.1.4 Exsudação ............................................................................................................. 100

7.2 Caracterização das argamassas no estado endurecido ........................................... 102

7.2.1 Avaliação das características mecânicas.............................................................. 102

7.2.1.1 Resistência à flexão e à compressão ............................................................ 102

7.2.1.2 Determinação da velocidade de propagação de ultra-sons .......................... 107

7.2.2 Avaliação das características físicas ..................................................................... 111

7.2.2.1 Determinação da absorção de água por capilaridade .................................. 111

x

7.2.2.2 Determinação da porosidade aberta ............................................................. 114

7.2.2.3 Determinação da absorção de água sob baixa pressão – Método do cachimbo

121

7.2.2.4 Avaliação da cinética de secagem ................................................................ 122

7.2.2.5 Determinação da dureza superficial – Esclerómetro Pendular ..................... 125

7.2.2.6 Avaliação da profundidade de carbonatação ................................................ 127

8 Considerações finais ......................................................................................................... 129

8.1 Conclusões ................................................................................................................ 129

8.2 Propostas para desenvolvimentos futuros ................................................................ 131

Bibliografia ................................................................................................................................. 133

Anexos

xi

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 2-1 – Esquema da metodologia proposta para intervenção envolvendo a aplicação de

novas argamassas. ..................................................................................................................... 10

Figura 4-1 – Distância (aproximadamente 50 μm) entre superfície externa, A, e interna, B. ..... 25

Figura 4-2 – Possibilidades de aplicação da casca de arroz e da respectiva cinza. .................. 26

Figura 4-3 – (a) – Estrutura da sílica cristalina formada por átomos orientados a longa distância;

(b) – Sílica amorfa cuja orientação dos átomos ocorre apenas a curta distância. ..................... 27

Figura 4-4 – Curvas que representam a perda da massa durante o processo de incineração. . 30

Figura 4-5 – Curva que representa a perda da massa durante o processo de incineração. ..... 31

Figura 4-6 – Curvas granulométricas cinza de casca de arroz utilizada na argamassa cp3 e

cpm3, cp e cpm3 respectivamente.............................................................................................. 34

Figura 4-7 – Evolução da resistência à compressão ao longo do tempo. .................................. 35

Figura 4-8 – Esquema do processo de moagem das várias cinzas volantes ............................. 38

Figura 4-9 – Relação entre o diâmetro média das partículas e o índice da actividade resistente

..................................................................................................................................................... 40

Figura 4-10 – Variação do índice de actividade pozolânica com o tempo de moagem. ............ 41

Figura 5-1 – Curva granulométrica da areia de rio. .................................................................... 44

Figura 5-2 – Peneiração da cinza da cinza de casca de arroz. .................................................. 47

Figura 5-3 – (a) – Cinza de casca de arroz comercial – C –;(b)– Cinza de casca de arroz

peneirada – CP –. ....................................................................................................................... 48

Figura 5-4 – Curvas granulométricas da cinza de casca de arroz comercial (C) e da cinza de

casca de arroz passada pelo peneiro de abertura 500 m (CP). ............................................... 48

Figura 5-5 – Moinho para o ensaio de Los Angeles utilizado na moagem da cinza de casca de

arroz. ........................................................................................................................................... 49

xii

Figura 5-6 – Curvas granulométricas da cinza de casca de arroz passada em 500 μm – CP – e

das cinzas de casca de arroz obtidas durante o processo de moagem – CPm15, CPm30 –. ... 50


das cinzas de casca de arroz obtidas durante o processo de moagem – CPm15, CPm30,

CPm60 e CPm75 –. .................................................................................................................... 51


das cinzas de casca de arroz obtidas durante o processo de moagem – CPm30 e CPm60 –. . 51


da cinza de casca de arroz obtidas durante o processo de moagem – CPm60 e CPm75 –. .... 52

Figura 5-10 – À esquerda – Cinza de casca de arroz peneirada – CP –. À direita – Cinza de

casca de arroz moída – CPm75 –. .............................................................................................. 52

Figura 5-11 – Curvas granulométricas da cinza obtida após 75 minutos de moagem e das

cinzas utilizadas na produção de argamassas resultantes da peneiração – CM500, CM250,

CM125, CM75 –. ......................................................................................................................... 53

Figura 5-12 – (a) – Cinza de casca de arroz moída – CM500 –; (b) – Cinza de casca de arroz

moída à direita – CM250 –. ......................................................................................................... 54

Figura 5-13 – (a)– Cinza de casca de arroz moída – CM125 –; (b) – Cinza de casca de arroz

moída – CM75 –. ......................................................................................................................... 54

Figura 5-14 – Análise granulométrica da cinza de casca de arroz comercial (C) pelo método de

peneiração (lavagem e peneiração). ........................................................................................... 57

Figura 5-15 – Análise granulométrica da cinza CM500, CM250, CM125 e CM75 por difracção

laser. ............................................................................................................................................ 58

Figura 6-1 – Ensaios mecânicos e número de provetes que foram efectuados sobre cada

composição na primeira fase do trabalho. .................................................................................. 63

Figura 6-2 – Esquema de ensaios dos provetes prismáticos realizados na segunda fase do

trabalho. ....................................................................................................................................... 64

Figura 6-3 – Esquema de ensaios realizados sobre os provetes constituídos por uma camada e

acabamento aplicado tijolos cerâmicos. ..................................................................................... 65

xiii

Figura 6-4 – Sequência de procedimentos da produção de argamassa. (a) – Preparação previa

dos constituintes; (b;c) – Pré-mistura manual dos ligantes; (e;f) – Período inicial de

amassadura; (g;h) – Introdução de areia; (i) – Remoção do material das faces laterais; (j;m) –

Período final da amassadura. ..................................................................................................... 68

Figura 6-5 – Sequência de procedimentos da preparação dos provetes prismáticos: (a) –

Aparelho de compactação mecânica; (b;e) – Colocação da argamassa; (f) – Colocação dos

moldes em câmara saturada. ...................................................................................................... 70

Figura 6-6 – Sequência de procedimentos da preparação da camada de revestimento em

tijolos. (a) – Molde e tijolo; (b;e) – Aplicação da argamassa; (f) – Regularização da camada de

revestimento; (g;i) – Desmoldagem. ........................................................................................... 72

Figura 6-7 – Sequência de procedimentos realizados para a avaliação da consistência por

espalhamento. (a) – Colocação de argamassa no molde; (b) - Compactação; (c;d) –

enchimento do molde; (e) – Alisamento da superfície; (g) – Limpeza da mesa de espalhamento;

(h;i) – Argamassa; (j) – Medição com craveira. .......................................................................... 74

Figura 6-8 – Esquema de ensaio da retenção de água. ............................................................. 75

Figura 6-9 – Avaliação da retenção de água. (a) – Preparação do material; (b) – Ensaio de

retenção de água. ....................................................................................................................... 76

Figura 6-10 – Sequência de procedimentos realizados para a determinação da massa volúmica

aparente.(a) – Colocação de argamassa no recipiente; (b;c) – Compactação da argamassa;

(d;e) – Alisamento da superfície; (f) – Determinação da massa do conjunto. ............................ 77

Figura 6-11 – Sequência de procedimentos realizados para a determinação da exsudação. (a)

– Proveta com argamassa isolada; (b) – Argamassa em repouso; (c) – Determinação da lâmina

liquida de água. ........................................................................................................................... 79

Figura 6-12 – Determinação da resistência à flexão e à compressão. (a) – Máquina de ensaio;

(b) – Provetes a ensaiar; (c;d) – Ensaio de resistência à flexão; (e;f) – Ensaio de resistência à

compressão. ................................................................................................................................ 81

Figura 6-13 – Calibração do aparelho e medição directa em provetes prismáticos. (a) –

Equipamento; (b;c) – Realização do ensaio de velocidade de propagação de ultra-sons. ........ 82

Figura 6-14 – Calibração do aparelho e medição indirecta em provetes constituídos por

argamassa aplicada como camada de revestimento em tijolos. (a) – Calibração do

xiv

equipamento; (b) – regularização da superfície de contacto; (c;d) – Colocação dos

transdutores; (e;f) – Medição do tempo de propagação da onda. .............................................. 84

Figura 6-15 – Determinação da dureza superficial – Esclerómetro Pendular. (a) – Ensaio de

esclerómetro nos pontos principais; (b) – Ensaio de esclerómetro em pontos secundários. ..... 85

Figura 6-16 – Sequência do ensaio de absorção de água por capilaridade. (a;b) –

Posicionamento dos provetes; (c) – Realização do ensaio. ....................................................... 87

Figura 6-17 – determinação da porosidade aberta. (a) – Exsicador ligado a bomba de vácuo;

(b) – Esquema de ensaio (pesagem hidrostática) ...................................................................... 89

Figura 6-18 – Ensaio de absorção de água sob baixa pressão .................................................. 90

Figura 6-19 – Exemplo de uma curva de secagem. ................................................................... 92

Figura 6-20 – Preparação dos provetes para o ensaio de secagem. ......................................... 93

Figura 6-21 – Procedimentos para a determinação da profundidade de carbonatação. (a) –

Material utilizado; (b;d) – Ensaio em provetes de argamassa com cinza de casca de arroz;

(e;f) – Ensaio em provetes de argamassa de referência. ........................................................... 94

Figura 7-1 – Determinação da relação água/ligante (Cal). ......................................................... 96

Figura 7-2 – Determinação da relação água/(mistura ligante) (CM500)..................................... 96



Figura 7-5 – Determinação da relação água/(mistura ligante) (CM75). ...................................... 97

Figura 7-6 – Relação água/mistura ligante para a obtenção de um espalhamento de 165±5mm.

..................................................................................................................................................... 98

Figura 7-7 – Influência da máxima dimensão da cinza na relação água/(mistura ligante) para a

obtenção de consistência por espalhamento de 165±5mm. ....................................................... 98

Figura 7-8 – Retenção de água das argamassas estudadas. .................................................... 99

Figura 7-9 – Massa volúmica das argamassas estudadas. ...................................................... 100

Figura 7-10 – Exsudação das argamassas estudadas. ............................................................ 101

xv

Figura 7-11 – Libertação de água de amassadura durante o ensaio de espalhamento. ......... 101

Figura 7-12 – Valores médios das tensões de rotura à compressão aos 14 dias de idade. .... 103

Figura 7-13 – Valores médios das tensões de rotura à flexão aos 14 dias. ............................. 103

Figura 7-14 – Valores médios das tensões de rotura à compressão em provetes aos 28 dias de

idade. ......................................................................................................................................... 105

Figura 7-15 – Valores médios das tensões de rotura à flexão em provetes aos 28 dias de idade.

................................................................................................................................................... 105

Figura 7-16 – Valores médios das tensões de rotura à compressão em provetes aos 14 e 28

dias de idade. ............................................................................................................................ 106

Figura 7-17 – Valores médios das tensões de rotura à flexão em provetes aos 14 e 28 dias de

idade. ......................................................................................................................................... 106

Figura 7-18 – Influência da máxima dimensão da cinza de casca de arroz nos valores médios

da resistência mecânica aos 14 e 28 dias de idade. ................................................................ 107

Figura 7-19 – Valores médios da velocidade de propagação de ultra-sons das diferentes

argamassas. .............................................................................................................................. 108

Figura 7-20 – Evolução da velocidade de propagação de ultra-sons avaliada com o método

indirecto. .................................................................................................................................... 110

Figura 7-21 – Comparação das velocidades de propagação de ultra-sons entre ensaio directo e

indirecto. .................................................................................................................................... 110

Figura 7-22 – Curvas de absorção de água por capilaridade. .................................................. 112

Figura 7-23 – Curvas de absorção de água por capilaridade (0-120 minutos). ....................... 113

Figura 7-24 – Valores de coeficiente de absorção de água por capilaridade. .......................... 114

Figura 7-25 – Valores assimptóticos da absorção de água por capilaridade. .......................... 114

Figura 7-26 – Valores médios da porosidade aberta das argamassas estudadas. .................. 116

Figura 7-27 – Valores médios da massa volúmica aparente e real. ......................................... 117

Figura 7-28 – Análise granulométrica dos ligantes, efectuada por Almeida ............................. 118

xvi

Figura 7-29 – (a) – Resistência mecânica (compressão e flexão) de cada argamassa estudada;

(b) – Resistência mecânica (compressão e flexão) em função da porosidade das argamassas.

................................................................................................................................................... 118

Figura 7-30 – (a) – Influência da porosidade aberta no coeficiente de absorção de água por

capilaridade das argamassas estudadas; (b) – Coeficiente de absorção de água em função da

porosidade das argamassas. .................................................................................................... 119

Figura 7-31 – (a) – Influência da porosidade aberta no valor assimptótico das argamassas

estudadas; (b) – Valor assimptótico em função da porosidade das argamassas .................... 120

Figura 7-32 – (a) – Influência da porosidade aberta na velocidade de propagação de ultra-sons

das argamassas estudadas; (b) – Velocidade de propagação de ultra-sons em função da

porosidade das argamassas. .................................................................................................... 120

Figura 7-33 – (a) – Valores de absorção de água a baixa pressão das argamassas estudadas;

(b) – Curvas de regressão polinomial dos valores de absorção de água a baixa pressão. ..... 121

Figura 7-34 – Curvas de secagem da argamassa CAL. ........................................................... 123

Figura 7-35 – (a) – Curvas de secagem da argamassa A500; (b) – Curvas de secagem da

argamassa A250. ...................................................................................................................... 123

Figura 7-36 – (a) – Curvas de secagem da argamassa A125; (b) – Curvas de secagem da

argamassa A75. ........................................................................................................................ 124

Figura 7-37 – Comparação das curvas de secagem médias das várias argamassas. ............ 125

Figura 7-38 – Relação entre índice esclerométrico e resistência à compressão das diferentes

argamassas. .............................................................................................................................. 126

Figura 7-39 – Ábaco do esclerómetro pendular do Tipo PT. .................................................... 127

xvii

ÍNDICE DE TABELAS

Tabela 2-1 – Principais fenómenos de deterioração..................................................................... 8

Tabela 2-2 – Fontes de humidade mais comuns nos edifícios antigos. ....................................... 8

Tabela 3-1 – Vantagens e desvantagens associadas aos diferentes métodos de extinção da cal

viva. ............................................................................................................................................. 16

Tabela 3-2 – Classificação, composição e caracterização de materiais com características

pozolânicas ou hidráulicas latentes. ........................................................................................... 18

Tabela 3-3 – Classificação pozolânica de materiais baseada na medição da condutividade. ... 22

Tabela 4-1 – Listagem dos 10 maiores produtores de arroz do mundo. .................................... 24

Tabela 4-2 – Constituições químic0as das cinzas obtidas por Della e Zhang. .......................... 29

Tabela 4-3 – Métodos de incineração controlada da casca de arroz. ........................................ 32

Tabela 4-4 – Métodos de incineração não controlada da casca de arroz. ................................. 32

Tabela 4-5 – Caracterização química de cinzas de casca de arroz resultante de vários estudos.

..................................................................................................................................................... 33

Tabela 4-6 – Características das cinzas de casca de arroz . ..................................................... 35

Tabela 4-7 – Características físicas da CCA. ............................................................................. 36

Tabela 4-8 – Resistência à compressão da CCA. ...................................................................... 36

Tabela 4-9 – Propriedades físicas do cimento e das cinzas volantes analisadas. ..................... 39

Tabela 4-10 – Valores da resistência à compressão e restantes relações. ............................... 40

Tabela 5-1 – Caracterização da areia de rio. .............................................................................. 44

Tabela 5-2 – Determinação da baridade da areia de rio. ........................................................... 45

Tabela 5-3 – Ensaios realizados por tipologia de cinza de casca de arroz. ............................... 55

Tabela 5-4 – A análise química obtida pelo ensaio de fluorescência de raio-X das cinzas C e

CP. ............................................................................................................................................... 55

xviii

Tabela 5-5 – Superfície específica – Método de Blaine. ............................................................ 56

Tabela 5-6 – Determinação da superfície específica pela análise granulométrica por difracção

laser. ............................................................................................................................................ 59

Tabela 6-1 – Composições das argamassas estudadas experimentalmente. ........................... 66

Tabela 7-1 – Caracterização no estado fresco das diferentes argamassas. .............................. 95

Tabela 7-2 – Resistência à compressão e à flexão aos 14 dias de idade. ............................... 102

Tabela 7-3 – Resistência à compressão e à flexão aos 28 dias de idade. ............................... 104

Tabela 7-4 – Valores médios da velocidade de propagação de ultra-sons das diferentes

argamassas. .............................................................................................................................. 108

Tabela 7-5 – Velocidade de propagação de ultra-sons (ensaio indirecto). .............................. 109

Tabela 7-6 – Valores de coeficiente de absorção de água por capilaridade, quantidade de água

absorvida e valor assimptótico. ................................................................................................. 113

Tabela 7-7 – Valores médios da porosidade aberta, massa volúmica aparente e real das

diferentes argamassas. ............................................................................................................. 115

Tabela 7-8 – Equações das regressões polinomiais das diferentes argamassas e os

respectivos coeficientes de determinação. ............................................................................... 122

Tabela 7-9 – Valores médios do índice de secagem das diferentes argamassas estudadas. . 124

Tabela 7-10 – Índice esclerométrico e respectiva resistência superficial das diferentes

argamassas. .............................................................................................................................. 126

Tabela 7-11 – Valores médios da espessura carbonatada das várias argamassas. ............... 127

xix

SIMBOLOGIA

Cal – Cal aérea hidratada

C – Cinza de casca de arroz comercial

CP – Cinza de casca de arroz peneirada

CPm15 – Cinza de casca de arroz peneirada e moída durante 15 minutos





CM500 – Fracção de cinza de casca de arroz moída e passada no peneiro de malha 500 mm




CAL – Argamassa de cal aérea hidratada

A500 – Argamassa de cal aérea com adição de CM500




xx

1

1 INTRODUÇÃO

1.1 Justificação

Sendo as argamassas componentes importantes na construção desde há longo tempo, quer

como revestimento superficial exterior ou interior, quer como aglutinante de outros materiais, é

fundamental o continuado estudo sobre estas.

Dada a situação do património edificado em Portugal e considerando que na construção nem

sempre construir de raiz é o mais indicado, o mercado de reabilitação de Portugal apresenta

fortes possibilidades de expansão, principalmente devido à conduta dos países europeus.

A este aspecto acrescenta-se, ainda, o aumento da preocupação relativa ao meio ambiente

levada a cabo pelas tentativas de valorização e reciclagem de resíduos e subprodutos,

contribuindo para a prática indispensável da sustentabilidade. Deste modo, é dada importância

à redução da degradação ambiental e da utilização de recursos naturais. Um princípio que

traduz este pressuposto é a utilização de um material que já se encontra em fim de ciclo para a

reabilitação do edificado. É, então, imprescindível conhecer os materiais existentes nas

construções a reabilitar possibilitando uma adequada selecção dos materiais que melhor

apresentam soluções compatíveis com os existentes e ao mesmo tempo, adequados à prática

construtiva actual.

As argamassas à base de cal aérea apresentam-se como uma solução compatível para a

reabilitação de alvenarias antigas. Contudo, estão-lhes associadas várias características que

dificultam a sua aplicação neste domínio. A principal dificuldade prende-se com estas

apresentarem dificuldades de endurecimento em locais de fraco contacto com o dióxido de

carbono presente na atmosfera ou em ambientes muito húmidos.

Neste contexto, as argamassas de cal com adição de componentes pozolânicos apresentam-

se como uma interessante alternativa. A possibilidade da presa destas argamassas passar a

ocorrer também por reacções de hidratação permite assim a sua aplicação como argamassas

de junta e como argamassas de revestimento em condições climáticas mais diversificadas.

Assim sendo, controlando a quantidade de pozolanas, será possível formular argamassas com

diferentes propriedades em função da finalidade, tendo presente a necessidade de

compatibilidade em termos mecânicos, físicos e químicos.

Considerando a necessidade de utilização de subprodutos anteriormente referida assim como

a adopção de soluções que possam envolver uma redução do consumo de energia, têm sido

2

desenvolvidos diversos estudos sobre formulações de argamassas de cal aérea com

incorporação de subprodutos industriais com características pozolânicas. As cinzas de casca

de arroz apresentam-se como um material com bastante potencialidade neste contexto. Torna-

se então essencial conhecer os factores condicionantes da reactividade pozolânica das cinzas,

de forma a maximizar a sua potencial utilização na formulação de argamassas.

Deste modo, o presente trabalho tem como objectivo estudar a acção pozolânica conferida pela

adição de cinzas de casca de arroz em argamassas de cal aérea e avaliar a influência da sua

granulometria no desempenho das argamassas.

A presente dissertação enquadra-se num projecto de investigação que tem como objectivo

estudar formulações de argamassa de cal aérea com incorporação de cinzas de casca de arroz

com potencial interesse para a aplicação em revestimentos de paredes de edifícios antigos.

Este projecto surge no seguimento do estudo desenvolvido por Almeida (2008) e foi

desenvolvido em parceria com um estudo intitulado “ Argamassas de cal aérea com adição de

cinza de casca de arroz. Influência das condições de cura” desenvolvido por Marques (2010).

Os trabalhos tiveram em comum uma primeira fase, onde foram definidas as granulometrias da

cinza de casca de arroz a utilizar no desenvolvimento de ambas as dissertações. No âmbito

dos estudos realizados para a selecção das granulometrias a utilizar na formulação das

argamassas a estudar, encontra-se publicado o artigo intitulado “ Argamassas de cal aérea e

cinza de casca de arroz. Influência da finura na reactividade pozolânica”, (Ferreira Pinto et al.,

2010). Também se encontra publicado o artigo “Effect of Rice Husk Ash Particle Size in Lime

Based Mortars” (Ferreira Pinto et al., 2010).

3

1.2 Objectivos da dissertação

O trabalho desenvolvido dá continuidade ao estudo que tem sido realizado sobre argamassas

de cal aérea com incorporação de cinzas de casca de arroz, nomeadamente o trabalho

desenvolvido em Almeida (2008). O principal objectivo desta dissertação é o estudo da

influência da finura de uma cinza de casca de arroz na reactividade pozolânica, através da

avaliação de diversas características nomeadamente da resistência mecânica de argamassas

de cal aérea com incorporação de cinzas de granulometrias diferentes.

1.3 Estrutura e organização da dissertação

A presente dissertação está organizada em nove capítulos, os quais, para além da presente

introdução (capítulo 1), das conclusões e propostas para desenvolvimentos futuros (capítulos 8

e 9), agrupam-se em duas partes distintas.

Na primeira parte, apresenta-se um estado de arte que se desenvolve nos capítulos 2 a 4. No

capítulo 2, são abordados os conceitos gerais para intervenções em edifícios antigos, onde se

apresentam os requisitos de compatibilidade e durabilidade a exigir às novas argamassas.

No capítulo 3, referente a argamassas de cal aérea e componentes pozolânicos, além da breve

introdução da cal aérea e do tratamento que lhe está associado, apresenta os materiais

pozolânicos e as suas características, enumerando alguns métodos de avaliação da

reactividade pozolânica.

O capítulo 4 aborda o caso concreto da casca de arroz, a qual possui características que

mediante uma transformação adequada permite obter uma cinza com propriedades

pozolânicas. Deste modo, neste capítulo são apresentadas as propriedades da casca de arroz,

bem como os conceitos inerentes ao seu processo de transformação em cinza. Este capítulo

aprofunda ainda as propriedades pozolânicas das cinzas de casca de arroz, assim como a

influência da granulometria das cinzas nessas mesmas propriedades.

A segunda parte da dissertação apresenta e descreve o desenvolvimento experimental e inclui

os capítulos 5 a 7.

O capítulo 5 descreve a preparação e caracterização de todas os materiais (areia de rio, cal

aérea e cinza de casca de arroz) utilizadas na formulação das argamassas estudadas, sendo

dada especial ênfase ao processo de peneiração e moagem aplicado à cinza de casca de

arroz.

4

No capítulo 6, procede-se à apresentação do plano de ensaios bem como à descrição dos

procedimentos de todos os ensaios realizados no âmbito do presente trabalho.

O capítulo 7 apresenta numa fase inicial a justificação para a escolha das argamassas

estudadas. Posteriormente, procede-se à análise detalhada dos resultados obtidos nos

diferentes ensaios, tendo sempre presente a influência da granulometria da cinza de casca de

arroz nesses mesmos resultados.

O capítulo 8, como referido, sintetiza a análise dos resultados, apresentando as conclusões de

todo o trabalho desenvolvido. As conclusões finais são apresentadas tendo em vista o

cumprimento dos objectivos propostos, ou seja, apresenta-se a influência da finura das cinzas

de casca de arroz nas argamassas de cal aérea.

Por fim, o capítulo 9 apresenta propostas para desenvolvimentos futuros.

5

2 ARGAMASSAS DE CAL AÉREA EM EDIFÍCIOS ANTIGOS

Neste capítulo, faz-se uma breve introdução ao uso de argamassas de cal aérea em edifícios

antigos, onde são abordados os conceitos gerais para as intervenções nesses mesmos

edifícios. Enumera-se ainda um conjunto de requisitos que as argamassas a usar na

reabilitação devem respeitar.

2.1 Considerações gerais

Os primeiros vestígios da utilização da cal pelo homem remontam ao início da Idade da Pedra,

no período Paleolítico, após a descoberta do fogo. No entanto, as primeiras referências à

utilização da cal na construção remontam ao período compreendido entre 12000 e 5000 a.c.

em algumas zonas da Turquia (Cavaco, 2005; Silva, 2006).

Na construção da Pirâmide de Shersi no Tibete, datada de 5000 a.c., a estabilização do solo

argiloso foi efectuada com o recurso à cal. Através de análises efectuadas aos materiais

utilizados no revestimento das câmaras da Piramide de Quéops assim como nas juntas dos

blocos de calcário e granito da Pirâmide de Quéfren, foram também encontrados vestígios de

cal (Guimarães, 2002; Cowan, 1977).

A civilização grega evidenciou o uso em grande escala de argamassas de cal, através da sua

aplicação em revestimentos de paredes. Contudo, foi no império romano que definitivamente

se desenvolveu o conhecimento associado à aplicação da cal na construção. Este processo foi

motivado pela constante expansão territorial que impunha uma necessidade de desenvolver

técnicas mais rápidas e económicas de fabrico de cal (Ferreira Pinto et al., 2006/2007).

Além do uso das argamassas de cal, os romanos assumiram um papel importantíssimo no

estudo da influência das adições pozolânicas, adquirindo o conhecimento de quando e como

aplicá-las. Deste modo, a sua aplicação em revestimentos de várias camadas com espessuras

elevadas e a conjugação das características dos seus elementos em termos de compatibilidade

de materiais, permitiram que as argamassas de cal e adições começassem a desempenhar um

papel estrutural e de protecção à água (Ferreira Pinto et al., 2006/2007).

A erupção do Vesúvio em 79 D.C., que cobriu com um manto de cinza as cidades de Pompeia

e Herculano, permitiu a descoberta das vantagens do uso das cinzas em argamassas,

contribuindo para o conhecimento da aplicação de adições, em particular das pozolanas

naturais. São exemplo da aplicação de argamassas à base de cal e pozolanas, assim como da

durabilidade que lhe está associada, o Coliseu e o Panteão em Roma, bem como o aqueduto

de Pont du Grad no sul de França (Margalha, 2008).

6

Após o fim do Império Romano e durante a Idade Média, o uso de argamassas de cal tornou-se

pratica corrente. Contudo, o custo da produção da cal reflectiu-se na qualidade da argamassa à

base da mesma. Com a entrada dos Califados árabes na Península Ibérica no século XVIII,

chegou também a prática de argamassas à base de gesso. Após esta data, tornou-se habitual

o fabrico de argamassas de cal aérea e de gesso com a adição de vários produtos, como

gorduras vegetais e animais. A introdução do gesso permitiu uma menor retracção da

argamassa assim como um menor tempo de presa. A argamassa de cal com a adição de

pozolanas ou de gesso teve o seu momento de maior utilização no século XX. Porém, foi neste

período que se descobriu o cimento Portland e a cal hidráulica. Este acontecimento marcou o

progressivo desuso das argamassas de cal na construção, dadas as características que estes

novos ligantes conferiam às argamassas tais como o aumento das resistências mecânicas e a

redução do tempo de endurecimento das mesmas, que permitiam um encurtamento no tempo

de construção das obras (Alvarez et al., 2005).

A generalização da utilização dos ligantes hidráulicos teve como consequência o actual

desconhecimento por parte dos intervenientes na construção em relação aos procedimentos e

cuidados associados à utilização e aplicação de argamassas de cal aérea (Botelho, 2003;

Ferreira Pinto et al., 2006/2007). No entanto, tem-se agora constatado que os ligantes

hidráulicos são responsáveis por várias anomalias que surgem após a sua aplicação na

reabilitação de edifícios. Tal deve-se ao facto da sua incompatibilidade química com as

argamassas de cal aérea, pela introdução de sais solúveis, pela sua baixa permeabilidade e

pelo seu elevado módulo de elasticidade, o que impossibilita a compatibilidade de deformações

com os elementos da alvenaria. Deste modo, as argamassas de cal aérea voltam a apresentar

um papel relevante na construção, em particular nas alvenarias de pedra, sendo importante

voltar a fomentar o seu uso e a sua compreensão.

2.2 Argamassas de cal aérea para paredes de edifícios antigos

2.2.1 Principais anomalias em argamassas de cal aérea e princípios

orientadores de intervenção face às anomalias

As causas da degradação dos rebocos exteriores em edifícios antigos podem assumir

diferentes formas, podendo estas ser classificadas como de origem estrutural ou não estrutural.

Contudo, interessa apenas referir as que ocorrem com maior frequência neste contexto, ou

seja, o envelhecimento e a incompatibilidade dos próprios materiais, a presença de água e de

sais solúveis (Appleton, 2003; Magalhães, 2002).

7

Importa ainda realçar que grande parte das anomalias verificadas não são independentes das

características do próprio suporte, as paredes dos edifícios antigos. Este factor ganha maior

importância se considerarmos que estes tipos de parede possuem uma tipologia e um

funcionamento totalmente diferente das paredes actuais (Appleton, 2003). As paredes antigas

foram definidas para desempenharem um papel estrutural e ao mesmo tempo de protecção do

interior das construções, garantindo deste modo as exigências mínimas de segurança

estrutural e de conforto face aos agentes atmosféricos do exterior (Veiga, 2006).

Tendo em consideração os últimos factores apresentados, as paredes dos edifícios antigos

apresentam usualmente uma espessura elevada, sendo constituídas por materiais com

resistências inferiores e com maior porosidade que os materiais actuais. Devido às

características dos materiais e ao seu processo construtivo, as paredes conseguem manter um

equilíbrio hídrico razoável, possibilitando a evaporação rápida da água presente, que resulta de

fenómenos de ascensão capilar ou de infiltração através de paramentos, garantindo que muitas

construções se tenham mantido até aos nossos dias.

Na Tabela 2-1 apresentam-se os vários tipos de fenómenos de deterioração que possibilitam a

degradação dos materiais constituintes, pedras, tijolos e argamassas. Tais fenómenos não só

danificam os elementos anteriormente referidos como ainda deterioram as ligações entre os

elementos da alvenaria e das camadas de revestimento, possibilitando uma progressiva

degradação da alvenaria.

Entre os fenómenos de degradação apresentados na Tabela 2-1, a acção da água sempre foi,

e continua a ser, um dos principais agentes que contribui para a deterioração dos materiais

existentes neste tipo de suporte (Appleton, 2003; Magalhães, 2002). Na Tabela 2-2

apresentam-se ainda as principais fontes de humidade que podem interferir com os

revestimentos das paredes antigas.

É importante ter em consideração que na maioria das patologias a sua complexidade e a

gravidade são majoradas pela conjugação de mais do que uma causa patológica, tendo como

consequência o seu agravamento, como é o caso das fissuras que possibilitam o aumento da

humidade no interior dos rebocos ou das alvenarias.

8

Tabela 2-1 – Principais fenómenos de deterioração (Almeida, 2008)

Designação Causas mais prováveis

Físicos Causados pelas variações de temperatura,

erosão provocada pela água e vento.

Físico-químicos

Fenómenos de deterioração que se encontram associados à cristalização de sais ou à

hidratação de cristais.

Químicos Degradação devida, essencialmente, à

formação de sulfatos como consequência da poluição atmosférica.

Biológicos Degradação provocada pela acção de microrganismos, plantas ou até mesmo

resultantes da acção do homem.

Refira-se ainda que grande parte das anomalias não é de fácil eliminação, principalmente

devido à sua natureza. Por exemplo no caso da fissuração, devem ser bem analisadas as suas

causas previamente a qualquer tipo de intervenção, para que não se executem trabalhos cuja

eficiência se possa vir a constatar que é bastante baixa, ou que possa até facilitar o

aparecimento de novas fissuras.

Tabela 2-2 – Fontes de humidade mais comuns nos edifícios antigos (Magalhães, 2002).

Tipo de humidade Causas mais prováveis

De obra ou construção

Tem origem na água de amassadura.

De terreno

Existência de zonas de paredes em contacto com a água do solo; Existência de materiais de elevada capacidade de absorção de água

por capilaridade nas paredes; Inexistência ou deficiente posicionamento de barreiras estanques nas paredes.

De precipitação Revestimentos com elevada permeabilidade à água.

De condensação Ocorrência de condensações, geralmente quando a temperatura

superficial das paredes em contacto com o ar húmido atinge o ponto de orvalho.

Devida a fenómenos de

higroscopicidade

Existência de sais higroscópicos no interior dos revestimento que fixam a água em grandes quantidades, constituindo uma espécie de depósito de água, permitindo a dissolução de mais sais, originando

assim um fenómeno em cadeia.

Devido a causas fortuitas

Humidade com origens acidentais, tais como roturas de canalizações em rede de águas e esgotos, entupimentos de caleiras, algerozes,

tubos de queda, corrosão de canalizações metálicas, deficiências de remates da cobertura, entre outras.

Considerando o acima exposto, é importante perceber que para cada tipo de intervenção em

rebocos anómalos deve-se analisar previamente o seu real estado de conservação, de modo a

ser determinado o grau de severidade assim como a verdadeira causa da anomalia. Deste

modo, os projectos de recuperação e/ou reabilitação em edifícios antigos deverão compreender

quatro etapas: Anamnese e Análise, Diagnóstico, Terapia e Controlo (Almeida, 2008).

9

Na primeira fase, designada por Anamnese e Análise, é efectuada uma compilação histórica e

uma análise preliminar, através de uma inspecção visual onde se realiza um mapeamento das

patologias. Na fase de Diagnóstico, realizam-se vários ensaios de modo a identificar as causas

das anomalias, permitindo também uma caracterização química, física, mineralógica e

mecânica das argamassas existentes. A fase da Terapia é a fase onde se realizam as

intervenções nos rebocos. Finalmente, a fase de Controlo é a fase pós intervenção, onde se

realiza uma monitorização periódica, com o objectivo de avaliar a evolução do estado das

argamassas com o tempo. Esta fase desempenha um papel muito importante com vista a

novas reabilitações, uma vez que é através desta que se poderão criar bases de dados,

elementos estes que poderão facilitar e melhorar qualquer uma das quatro etapas num futuro

processo de reabilitação/recuperação.

Almeida apresentou de uma forma esquemática, uma proposta de metodologia a adoptar em

intervenções que envolvam argamassas, a qual foi baseada em metodologias previamente

propostas por outros autores (Almeida, 2008). Este esquema é apresentado na Figura 2-1.

Apesar de já referido anteriormente, interessa realçar que o presente trabalho incide sobre as

argamassas destinadas à protecção das camadas subjacentes, mais concretamente, sobre o

caso dos rebocos exteriores. Não se inclui o revestimento de paramentos interiores neste

estudo uma vez que estes, estando expostos a uma menor quantidade de agentes de

degradação, não necessitam de requisitos de durabilidade tão exigentes.

Por fim, importa referir que uma intervenção do reboco (conservação, consolidação, reparação

localizada, substituição parcial ou total) com o recurso a argamassa deverá ser programada

nas diferentes fases de modo a sustentar as opções tomadas. A escolha do tipo de intervenção

dependerá sempre de factores técnicos como o estado de conservação da argamassa,

avaliado pelo tipo e severidade da anomalia constatada. Além destes factores, o tipo de

intervenção dependerá ainda das possibilidades existentes assim como dos meios e

orçamentos disponíveis, sem esquecer os factores respeitantes ao seu valor patrimonial e ao

próprio edifício.

10

Figura 2-1 – Esquema da metodologia proposta para intervenção envolvendo a aplicação de novas argamassas (Almeida, 2008).

Inspecção visual:

Compilação histórica;

Mapeamento de patologias com recurso a levantamentos fotográficos.

Pesquisa histórica

Levantamento de intervenções anteriores (materiais utilizados)

Caracterização das argamassas e seu estado de degradação

Ensaios realizados in situ: o Cachimbos, esclorémetros, ultra-sons.

Ensaios realizados em laboratório o Caracterização física: porosidade, porometria; o Caracterização mecânica: resistências; elasticidade,

deformabilidade; o Caracterização química e mineralógica: tipo e

proporção de ligantes; o Análise microscópica: tipo de agregado, presença de

sais solúveis.

Caracterização das condições ambientais do local de intervenção.

Definição da constituição da argamassa:

Caracterização das matérias-primas: ligantes, agregados, adições.

Definição das formulações de argamassas a testar: o Caracterização física, química e mecânica das

argamassas frescas e endurecidas; o Verificação de requisitos.

Selecção das formulações de argamassas a testar in situ: o Realização de painéis experimentais; o Ensaios realizados in situ.

Selecção da formulação e/ou formulações de argamassas a aplicar;

Aplicação.

Inspecções ao local para avaliação do estado da nova argamassa ou

sistema de argamassas após a sua aplicação. Contr

olo

T

era

pia

D

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nóstico

A

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11

2.2.2 Características das argamassas para rebocos exteriores de

edifícios antigos

Devido às condições atmosféricas e aos agentes de degradação, os rebocos das paredes

exteriores expostos a estes elementos, apresentam frequentemente anomalias que definem o

seu grau de conservação. Uma vez que os rebocos apresentam também um papel de

protecção dos elementos do suporte, o estado destes mesmos elementos está sempre

dependente do estado de degradação dos rebocos.

Deste modo, o primeiro requisito a respeitar na formulação de argamassas de rebocos

exteriores para edifícios antigos deverá ser o da protecção dos estratos subjacentes. Este

primeiro requisito está directamente relacionado com o princípio da compatibilidade de

materiais (Henriques, 2004), o qual será apresentado no subcapítulo 2.2.2.1.

O segundo, e não menos importante requisito a ser respeitado para que todas as propriedades

da argamassa adquiram significado, é o conjunto das características relacionadas com a

durabilidade da própria argamassa. Tal desempenha um papel preponderante numa

reabilitação pois só assim será possível garantir uma protecção mais duradoura dos substratos

assim como a manutenção do aspecto estético que se exige, contribuindo deste modo para o

aumento do período de vida útil do elemento ou do edifício (Henriques, 2004).

Interessa ainda referir, mesmo não fazendo parte do âmbito deste trabalho, que as técnicas de

execução dos rebocos são também um factor fundamental para que sejam cumpridos os

diferentes princípios associados à reabilitação dos rebocos (Cavaco et al., 2003).

Contudo, muitas vezes as soluções adoptadas para as intervenções não são as mais

adequadas tendo como consequência o agravamento ou o desenvolvimento de processos de

degradação. Uma das soluções mais adoptadas é a remoção e a substituição total dos rebocos

antigos por novas argamassas sem que exista um conhecimento adequado do potencial dessa

argamassa de reparação e sem se analisar as causas das anomalias observadas (Veiga et al.,

2002).

Concluindo, as argamassas para rebocos exteriores de edifícios antigos não devem contribuir

para a degradação dos elementos já existentes nem para a descaracterização dos elementos

ou do edifício, devendo por isso evidenciar um conjunto de características necessárias para

que se apresentem como solução durável e compatível com os suportes onde aplicadas

(Ferreira Pinto et al., 2006/2007; Veiga, 2005; Veiga, 2003).

12

2.2.2.1 Requisitos e características relacionadas com a protecção dos

substratos

Como referido nos subcapítulos anteriores, para que se possa assegurar a protecção dos

substratos, é necessário que se verifique uma compatibilidade entre a argamassa utilizada na

intervenção e os elementos do substrato. Esta compatibilidade deverá ser avaliada em três

grupos: mecânica, física e química. No estudo desenvolvido em Almeida (2008), é apresentada

uma descrição desse grupo, como se indica seguidamente:

Compatibilidade mecânica:

• As argamassas devem apresentar resistências mecânicas e módulos de elasticidade

semelhantes às argamassas originais e inferiores às do suporte, para que

acompanhem os movimentos do suporte e deste modo não se verifiquem elevadas

tensões internas. Nas situações em que os rebocos são constituídos por diferentes

argamassas, as resistências destas deverão ser decrescentes do interior para o

exterior enquanto que a deformabilidade deverá ser crescente.

• A aderência ao suporte deverá ser caracterizada por uma rotura adesiva ou coesiva

pelo reboco.

• Para que se evite a formação de fissuras, deverá ser garantida a estabilidade

dimensional ao longo do termo da argamassa. Se o reboco foi executado com o

recurso a várias camadas, este requisito deverá ser verificado na camada exterior para

que se evitem tensões no suporte ou na própria argamassa que poderiam conduzir à

perda de adesão entre ambos.

Compatibilidade física:

• A absorção de água por capilaridade das argamassas deverá ser a menor possível,

devendo ser semelhante à da argamassa utilizada no reboco original e inferior à do

suporte.

• Em relação à permeabilidade ao vapor de água, esta deverá ser semelhante à da

argamassa utilizada no reboco original e superior à do suporte, permitindo assim a

libertação de água de infiltração.

• Deverá ser utilizada uma argamassa com um coeficiente de dilatação térmica o mais

semelhante ao do suporte para que, na presença de gradientes térmicos e associada a

um baixo módulo de elasticidade, não origine grandes deformações e

consequentemente não se verifiquem tensões de origem térmica.

13

Compatibilidade química:

• A argamassa não deverá ser rica em sais solúveis, pois a sua libertação poderá ser

prejudicial para os elementos do suporte, tendo como consequência o agravamento ou

o desenvolvimento de acções de degradação.

2.2.2.2 Requisitos e características relacionadas com a durabilidade das

argamassas

Os agentes de deterioração que podem gerar e agravar esses fenómenos são os sais solúveis,

a água, organismos, microrganismos e todas as condições ambientais. De seguida, e tendo

também como base o estudo desenvolvido em (Almeida, 2008), enumeram-se as

características que as argamassas deverão possuir para a intervenção em rebocos exteriores,

de modo a respeitar as exigências necessárias a um adequado desempenho:

• Permeabilidade ao vapor de água que permita a saída da água infiltrada ou o

transporte de sais solúveis para o exterior. No caso em que estes existam nas

argamassas, a sua cristalização deve ocorrer na superfície exterior, formando assim

eflorescências, patologia esta muito menos abrasiva que as criptoflorescências.

• Resistência à acção de sais solúveis. Nos edifícios antigos é frequente a presença

destes sais no interior das paredes, sendo a resistência das argamassas às acções

destes sais um aspecto importante a ter em consideração na formulação da argamassa

a aplicar. Deste modo, para fazer face aos sais que provocam degradação nas

argamassas através de ataques químicos, a argamassa a aplicar deverá possuir baixos

teores de silicatos e aluminatos. Por outro lado, para fazer face aos sais solúveis que

causam degradação nas argamassas por acções mecânicas, isto é, por alterações

cíclicas do volume dos respectivos sais no interior dos poros, a argamassa deverá

possuir uma resistência mecânica elevada, assim como uma elevada porometria.

• Uma boa resistência a ciclos de gelo – degelo quando a argamassa é aplicada em

climas frios, o que será possível se a argamassa possuir uma reduzida absorção de

água e uma resistência mecânica capaz de suportar as tensões geradas durante a

gelidificação.

• Boa resistência à colonização biológica que será conseguida se for garantido um bom

comportamento da argamassa face à água, assim como uma baixa percentagem de

elementos orgânicos na constituição da mesma, uma vez que a presença de fungos é

bastante potenciada pela presença prolongada de humidade.

14

15

3 ARGAMASSAS DE CAL AÉREA E COMPONENTES

POZOLÂNICOS

Este capítulo descreve as argamassas de cal aérea com adição de produtos com

características pozolânicas. Enumera ainda alguns métodos de avaliação da reactividade

pozolânica desses componentes.

3.1 Cal aérea

A matéria-prima que origina a cal aérea é a rocha de calcário com baixo teor de impurezas

devendo essa apresentar uma percentagem superior a 95 % de carbonato de cálcio ou

carbonato de cálcio e de magnésio. Esta diferenciação de elementos na sua constituição

origina uma denominação distinta. Se o teor de magnésio na matéria-prima for superior a 20 %,

a cal designa-se por cal magnesiana. Caso contrário, a cal denomina-se por cal cálcica

(Cavaco, 2005).

No passado eram utilizadas duas denominações para a cal: cais gordas e cais magras. Estas

últimas apresentam uma cor menos clara assim como uma resistência mecânica inferior. Em

relação à sua constituição, o seu teor de carbonato de cálcio situa-se entre os 95 % e os 99 %,

enquanto que nas cais gordas, este teor é superior a 99 %. Um outro aspecto que difere nestes

dois tipos de cal é o incremento de volume que existe em ambas aquando da sua extinção,

sendo o da cal gorda superior (Cavaco, 2005).

Em relação às principais etapas associadas à produção e endurecimento da cal aérea,

interessa referir que podem ser divididas em três fases: calcinação, hidratação ou extinção e

carbonatação. A calcinação ocorre num forno cuja temperatura ronda os 900 ºC, o que

possibilita a cozedura dos calcários, que causa a transformação do carbonato de cálcio

(CaCO3) em dióxido de carbono e óxido de cálcio (CaO), composto este vulgarmente

conhecido por cal viva (Cavaco, 2005; Botelho, 2003).

[3-1]

A hidratação ou extinção da cal é uma fase fundamental, uma vez que a cal viva não possui

características de ligante, necessitando previamente de ser hidratada. A hidratação, que resulta

da mistura do óxido de cálcio com água, desencadeia uma reacção muito expansiva e

exotérmica, originando a sua desagregação com efervescência transformando o óxido de

cálcio em hidróxido de cálcio (Ca(OH)2). Este produto que se designa por cal apagada,

16

hidratada ou extinta, é utilizado como ligante (Cavaco, 2005; Botelho, 2003). A equação

química que descreve o processo de hidratação é apresentada de seguida.

[3-2]

A extinção da cal viva pode ser realizada por três processos distintos (aspersão, imersão e

também através da mistura com areia molhada, dos quais resultam, respectivamente, a cal em

pó, a cal em pasta e uma argamassa de cal e areia) (Faria-Rodrigues, 2004). Almeida (2008)

ao citar Faria-Rodrigues (2004), apresenta uma tabela com as vantagens e as desvantagens

dos respectivos métodos de extinção da cal viva.

Tabela 3-1 – Vantagens e desvantagens associadas aos diferentes métodos de extinção da cal viva (Faria-Rodrigues, 2004).

Métodos de extinção

Vantagens Desvantagens

Aspersão

Facilidade de transporte, armazenamento e utilização;

Facilita processos industriais; Mais adequada para cais hidráulicas.

Não optimiza a plasticidade; Necessidade de controlo elaborado para garantir

hidratação completa.

Imersão

Garante a hidratação completa; Reduz a dimensão das partículas (maior reactividade); Aumenta a

plasticidade e reduz a quantidade de água.

Inadequada para cais hidráulicas; Processo

perigoso (calor e causticidade); Necessidade

de período prolongado.

Através de areia molhada

Envolvimento total dos agregados pela pasta; Menos água para obter

plasticidade; Menor retracção e maior durabilidade das argamassas;

Traço mais forte em ligante.

Requer tempo, espaço e boa execução in situ; Geralmente reservado para trabalhos de conservação importantes.

Durante o processo de endurecimento da cal aérea ocorrem dois fenómenos principais, a

evaporação da água em excesso e a reacção do hidróxido de cálcio com o dióxido de carbono

presente na atmosfera, reacção esta conhecida por carbonatação. Associadas a estes

fenómenos estão a libertação de calor e a formação de carbonato de cálcio. O fenómeno de

carbonatação pode ser traduzido pela seguinte equação da reacção (Cavaco, 2005):

[3-3]

17

A reacção de carbonatação desenvolve-se durante vários meses, ocorrendo do exterior para o

interior da argamassa. Como tal, para um adequado desenvolvimento do fenómeno de

carbonatação é necessário que a argamassa seja suficientemente porosa de modo a permitir a

evaporação da água em excesso, assim como possibilitar a penetração do dióxido de carbono

do ar para o seu interior (Ferreira Pinto et al., 2006/2007).

3.2 Definição de materiais pozolânicos

Coutinho define os materiais pozolânicos como “produtos naturais ou artificiais constituídos

essencialmente por sílica e alumina que, apesar de não terem por si só propriedades

aglomerantes e hidráulicas, contêm constituintes que às temperaturas ordinárias se combinam,

em presença de água, com o hidróxido de cálcio, originando compostos de grande estabilidade

na água e com propriedades aglomerantes” (Coutinho, 2006).

As pozolanas podem ser classificadas em duas categorias: as pozolanas naturais e as

artificiais.

As pozolanas naturais são materiais com elevada percentagem de sílica amorfa e que podem

ser divididas consoante a sua origem: as de origem vulcânica (Pozolanas dos Açores,

Pozolanas do Porto Santo, Pozolanas de Santo Antão, Pozolanas Italianas, Terras de

Santorini, etc.) e as de origem sedimentar (Terra diatomácea/ diatomite) (Lea, 1970; Taylor,

1972). Quer nas pozolanas de origem vulcânica, quer nas de origem sedimentar, o local da

origem das mesmas desempenha uma forte influência na sua composição e reactividade

pozolânica. Um outro aspecto que também define as pozolanas naturais é o facto de não

necessitarem de um tratamento especial além da sua extracção e de uma possível moagem

(Coutinho, 2006).

Por sua vez, as pozolanas artificiais podem ser obtidas através de tratamentos térmicos

(calcinação) de materiais rochosos com constituição predominantemente siliciosa ou através de

subprodutos industriais, como é o caso das cinzas de casca de arroz, material utilizado no

presente estudo.

Almeida (2008), com base no estudo desenvolvido por Metha (1983), elaborou uma tabela

(Tabela 3-2) onde apresenta uma classificação de materiais com características pozolânicas ou

hidráulicas latentes (Almeida, 2008). De realçar que nesta tabela estão incluídas as escórias de

alto-forno, subproduto da industria do aço, material este que apresenta uma constituição muito

semelhante à do cimento, sendo considerado um ligante hidráulico por vários autores (Charola

et al., 1995; Coutinho, 2006).

18

Tabela 3-2 – Classificação, composição e caracterização de materiais com características pozolânicas ou hidráulicas latentes (Almeida, 2008).

Classificação Composição química e

mineralógica Características das partículas

Po

zo

lan

as

co

m p

rop

rie

da

des

hid

ráu

lic

as l

ate

nte

s

Escórias de alto-forno

Constituídas essencialmente por silicatos, contendo maioritariamente cálcio, magnésio, alumina e sílica. Compostos cristalinos do grupo da melilite podem ser encontrados em

pequenas quantidades.

O material não tratado possui o tamanho da areia e contém cerca de

10 a 15% de fracção não sólida. Antes de ser usada, é seca e moída

em partículas de dimensões inferiores a 45 μm (geralmente com

cerca de 500 m2/kg Blaine). As

partículas possuem uma textura rugosa.

Cinza volante com elevado teor de cálcio

Constituídas por silicatos amorfos de cálcio, magnésio, alumina e alcalis. A

pequena quantidade de matéria cristalina consiste geralmente em quartzo e C3A; poderá também

ocorrer cal livre e perclases; CS e C4A3S podem também ocorrer no

caso de serem utilizados arrefecimentos rápidos com

sulfuretos.

As partículas moídas correspondem de 10 a 15% de partículas com dimensões superiores a 45 μm

usualmente de 200-300 m2/kg Blaine.

A maior parte das partículas são esferas sólidas com diâmetro médio

inferior a 20 μm. As partículas apresentam uma textura lisa mas não

tanto como nas cinzas volantes de baixo teor de cálcio.

Po

zo

lan

as

de

ele

va

da

rea

cti

vid

ad

e Sílica de fumo

Consistem essencialmente em sílica pura no estado amorfo.

Extremamente fina de forma esférica com diâmetros médios de 0,1 μm

(superfície específica de aproximadamente 20 m

2/g por

adsorção de nitrogénio)

Cinza de casca de arroz

Consistem essencialmente em sílica pura no estado amorfo.

Partículas de dimensão geralmente inferiores a 45 μm e extremamente celulares (superfície específica de

aproximadamente 60 m2/g por

adsorção de nitrogénio).

Po

zo

lan

as

no

rma

is

Cinza volante de baixos valores de

cálcio

Constituídas maioritariamente por silicatos amorfos de alumina, ferro e álcalis. A pequena parte da matéria cristalina consiste, geralmente, em quartzo, hematite e magnetite. A

presença de carbono é geralmente inferior a 5% podendo, no entanto,

ser superior a 10%.

15 a 30% de partículas com dimensões superiores a 45 μm (usualmente de 200-300 m

2/kg

Blaine). A maior parte das partículas são esferas sólidas com diâmetro

médio de 20 μm. As partículas apresentam uma textura lisa.

Po

zo

lan

as

frac

as Escórias e

cinzas de arrefecimentos

lentos

Consistem essencialmente em minerais de sílica cristalina e apenas uma pequena quantidade de matéria

não cristalina.

Os materiais devem ser pulverizados de modo a obter-se partículas muito

finas e conferir-lhes alguma actividade pozolânica. As partículas moídas apresentam uma textura lisa.

3.3 Reactividade das pozolanas

A reactividade pozolânica pode designar-se como a capacidade que as pozolanas têm em se

combinar quer com o hidróxido de cálcio, quer com os constituintes do cimento hidratado na

19

presença de água, para formarem silicatos e aluminatos de cálcio hidratados, do tipo que se

desenvolvem com a hidratação dos ligantes hidráulicos (Coutinho, 2006).

Neste contexto, é importante diferenciar a hidratação do cimento da reacção pozolânica

(Almeida, 2008; Velosa, 2006). Um dos aspectos que se evidencia em primeiro lugar é o facto

que na hidratação do cimento, os principais compostos do tipo silicatos e aluminatos estarem

no estado cristalino, decompondo-se rapidamente na água em iões de silicatos e aluminatos,

formando compostos de hidratação. Já na reacção pozolânica, para que a sílica e a alumina se

combinem com o hidróxido de cálcio, é necessário que se apresentem na forma de partículas

de pequenas dimensões e no estado amorfo. Assim sendo, nem todos os materiais contendo

sílica e alumina podem ser considerados pozolanas, como é o caso da sílica na forma de

quartzo.

Coutinho refere ainda que, para além de quantidade de sílica e alumina amorfa existente nas

pozolanas, esta reacção química é também influenciada pela sua estrutura interna (Coutinho,

2006). Isto é, a reactividade será tanto maior quanto maior estiver a sua estrutura interna

afastada do estado cristalino.

Nas pozolanas naturais com origem vulcânica, o estado amorfo das partículas predomina em

virtude do arrefecimento brusco das lavas e da alteração subsequente pelos agentes

atmosféricos, que tendem a destruir os raros cristais que se formaram durante o arrefecimento

brusco do magma.

Nas pozolanas artificiais conseguem-se obter arranjos na estrutura através da acção da

temperatura, desde que esta não seja suficientemente intensa para provocar um rearranjo

cristalino. Deste modo, consegue-se obter pozolanas mais reactivas (Velosa, 2006).

Além destes últimos aspectos, um factor que condiciona significativamente a reactividade das

pozolanas é a sua elevada superfície específica. Tal é justificado pelo facto de a reacção se

realizar entre um sólido – a pozolana – e um reagente dissolvido – o hidróxido de cálcio (James

et al., 1986).

Para o caso das cinzas de casca de arroz e ao contrário das pozolanas de baixa rugosidade,

como é o caso da sílica de fumo, Metha (1983) afirma que a superfície específica não só

depende da dimensão das partículas como também da rugosidade que lhe está associada visto

que esta é caracterizada por uma estrutura celular e por uma superfície rugosa (Metha, 1983).

A natureza da reacção pozolânica ainda não é bem conhecida, o que tem promovido a

realização de vários estudos sobre este assunto. A nível nacional Velosa (2006), ao citar Villar-

Cociña, refere que na reacção pozolânica ocorre primeiramente uma interacção na superfície

20

das pozolanas, entre estas e os iões de Ca2+

,que são obtidos através da hidrólise do hidróxido

de cálcio. Posteriormente, esta interacção passa a realizar-se no interior do núcleo das

partículas pozolânicas (Velosa, 2006).

Tal conjunto de interacções permitirá que numa solução aquosa, os monosilicatos e aluminatos

possam reagir com os iões de cálcio, resultantes da hidrólise do cálcio, possibilitando deste

modo a origem de compostos do tipo silicatos de cálcio hidratados e aluminatos de cálcio

hidratados.

Almeida refere que “em argamassas à base de cal aérea, a quantidade de cal livre que se

combina com os materiais pozolânicos fornece um indicador da pozolanicidade destes

materiais, o que se encontra fortemente relacionado com a sua superfície específica” (Almeida,

2008).

3.4 Medição da reactividade das pozolanas

No estudo das propriedades pozolânicas, é corrente recorrer a métodos expeditos e rápidos

como são os métodos químicos. Como consequência, quando se pretende avaliar a resistência

mecânica ou química de uma pozolana misturada com uma cal, em vez de se optar pelos

métodos mais longos como é o caso da caracterização mecânica, opta-se pelo método químico

(Coutinho, 1958).

3.4.1 Ensaios mecânicos

Um dos tipos de ensaio utilizado para efectuar a medição da reactividade pozolânica é o ensaio

mecânico.

Os ensaios mecânicos baseiam-se no princípio de que os produtos originados pela reacção

pozolânica provocarão um aumento da resistência mecânica de pastas de cal e pozolana. Este

incremento permitirá identificar uma pozolana ao nível da sua capacidade de reacção com a

cal, através da sua comparação com resistências mecânicas de provetes normalizados

(Velosa, 2006).

Velosa (2006), ao citar Vicat (1837), comenta que este utilizava os termos “muito energético”,

“energética”, “fracamente energética” e finalmente “inerte”, consoante o grau de dureza que

atingiam as pastas de cal e pozolana, tendo como referência o grau de dureza de outros

produtos, como por exemplo o tijolo, a pedra branda ou o sabão.

21

Muitos países já possuem uma normalização específica para este tipo de ensaios, sendo as

principais diferenças verificadas quer na execução dos provetes (composição, traço e

execução), quer no condicionamento. Estes ensaios são usualmente efectuados aos 7 e 28

dias de idade (Velosa, 2006; Wanson et al., 2009).

O Caderno de Encargos para Fornecimento e Recepção de Pozolanas (1991) descreve as

exigências para pozolanas e ensaios em pasta de cal e pozolanas e argamassas de areia.

Quanto a Portugal, o documento regulava única e exclusivamente pastas de cal e pozolana,

permitindo a classificação de pozolanas e estabelecendo um método de avaliação da

pozolanicidade. O método de avaliação tinha como base as características físicas da pozolana

assim como a tensão de rotura à flexão e compressão das pastas.

A ASTM C 593-06 (2006) apresenta os valores mínimos de resistência mecânica que as

argamassas formuladas com cal e pozolanas devem respeitar.

Actualmente, e apesar da existência da NP EN 196-5, “Métodos de ensaio de cimentos. Parte

5: Ensaio de pozolanicidade dos cimentos pozolânicos”, não existe um normativo europeu que

regulamente os ensaios de pozolanicidade em argamassas de cal aérea hidratada.

3.4.2 Ensaios químicos

Os ensaios químicos desempenham um papel importante na determinação da sua origem,

permitindo uma classificação das pozolanas em relação à sua natureza. Para efectuar esta

classificação, é importante determinar a percentagem de elementos químicos existentes nas

mesmas. Além dos usuais SiO2, Al2O3, Fe2O3, MgO e CaO, é ainda necessário a determinação

da percentagem de FeO, MnO, K2O, Na2O, TiO2, P2O5 e H2O. Contudo, este tipo de ensaio

requer de bastante rigor tendo em conta o possível estado alterado em que as partículas se

podem encontrar (Coutinho, 2006).

O teste Chapelle apresenta-se como um método químico muito utilizado para a medição da

reactividade pozolânica, sendo este semelhante a outros métodos utilizados, tais como a

determinação da quantidade de óxido de cálcio (CaO) numa solução, após aquecimento ou por

análise térmica diferencial (Coutinho, 1958). O teste Chapelle preconiza a colocação de 1 g da

pozolana em estudo e de 1 g de hidróxido de cálcio em 199 ml de água a ferver durante 16 h.

Terminado este período e com o recurso a um equipamento padronizado, efectua-se a

medição da quantidade de hidróxido de cálcio que ficou por reagir.

Apesar de não se enquadrar no domínio das argamassas de cal aérea com adição de

componentes pozolânicos, a NP EN 196-5, “Métodos de ensaio de cimentos. Parte 5: Ensaio

22

de pozolanicidade dos cimentos pozolânicos”, sugere a possibilidade de verificação da

pozolanicidade dos cimentos pozolânicos. Para tal, usam-se 20 g de pozolana para 100 ml de

água. No final, mede-se a quantidade de Ca(OH)2 existente na solução e compara-se com a

quantidade do mesmo composto que satura uma outra solução com a mesma alcalinidade. Em

relação a esta norma europeia, importa referir que não é aplicável às pozolanas.

Vários autores (Luxan et al., 1989; Lea, 1970) defendem que a medição da pozolanicidade das

respectivas pozolanas pode ser efectuada através do fenómeno da condutividade, ou seja, na

variação da condutividade de uma solução saturada de hidróxido de cálcio antes e após a

adição da pozolana. O método consiste em determinar a condutividade inicial de 200 ml de

solução saturada, introduzir 5 g de pozolana na solução e, após 2 minutos de reacção,

determinar a condutividade final.

Tabela 3-3 – Classificação pozolânica de materiais baseada na medição da condutividade (Luxan et al., 1989).

Classificação da Pozolanicidade do Material

Condutividade [mSi]

Não pozolânico < 0,4

Com pozolanicidade variável 0,4 - 1,2

Com Boa Pozolanicidade >1,2

O princípio inerente aos ensaios apresentados baseia-se no facto de a actividade pozolânica

possibilitar uma fixação do hidróxido de cálcio na pozolana, pelo que quando menor for a

concentração no final de hidróxido de cálcio, maior será a pozolanicidade.

23

4 CINZAS DE CASCA DE ARROZ

Neste capítulo, aborda-se o tema da casca de arroz, mais concretamente a cinza derivada da

sua calcinação. Apresentam-se os seus processos de transformação e aprofunda-se as

propriedades pozolânicas das cinzas de casca de arroz, assim como a influência da

granulometria das cinzas nessas mesmas propriedades.

4.1 Contextualização histórica

Na mitologia, pode-se encontrar várias lendas que relatam a origem do arroz. Por exemplo, os

árabes acreditavam que o arroz foi gerado a partir de uma gota de suor de Maomé. Por sua

vez, uma lenda chinesa conta que durante um período de grande fome, alguns habitantes da

região de Sichuan, num acto de desespero, enviaram pássaros aos deuses pedindo um

alimento que os pudesse ajudar. Como resposta a este pedido, os pássaros trouxeram grãos

de arroz…

As referências bibliográficas mais antigas situam a origem do arroz na Índia e sudeste asiático,

mais concretamente, existem documentos datados de 3000 a.c. que relatam a existência deste

cereal na China e também vários escritos hindus que citam o arroz por esta data. Pelos anos

1000 a.c., o valor nutritivo do arroz já era conhecido. Posteriormente, a cultura do arroz

expandiu-se até à Pérsia e Indonésia. Por meados de 100 a.c., o arroz já era cultivado no

Japão, e também nas Filipinas, onde foram criados os Arrozais de Banaue. Os árabes levaram-

no para o delta do Nilo, possibilitando assim a sua “descoberta”, através dos turcos, pelos

países mediterrânicos, onde começou a ser cultivado nos Balcãs. Com a ocupação da

Península Ibérica pelos muçulmanos, o arroz chegou a este território, com os primeiros indícios

do cultivo em Portugal a apontarem para que este tenha começado no reinado de D. Dinis, com

maior foco no Baixo Mondego. Com os Descobrimentos, os portugueses levaram o arroz para

o Brasil e os espanhóis para o resto da América Latina, tornando-se assim uma cultura à

escala mundial.

Nos últimos anos em Portugal, a produção de arroz tem vindo a assumir valores significativos,

estabelecendo-se actualmente a produção de arroz em casca (paddy) na ordem dos 160.000

toneladas (Maurici, 1999; Andrade, 1999). Na Tabela 4-1, são apresentados os 10 maiores

paises produtores de arroz.

24

Tabela 4-1 – Listagem dos 10 maiores produtores de arroz do mundo (IRRI, 2008).

4.2 Propriedades da casca de arroz

Desde sempre que os sectores agrícolas têm gerado grandes quantidades de resíduos, o que

provocou o interesse de perceber as questões técnicas, ambientais, sociais e económicas

associadas a estes materiais.

O arroz é um dos cereais mais consumidos à escala mundial, o que tem contribuído em muito

para a produção de casca de arroz, subproduto com potencial de aplicação em vários

domínios.

Durante a fase de crescimento do arroz e à imagem do que acontece com grande parte das

plantas de crescimento anual, o arroz absorve do solo diversos minerais como é o caso dos

silicatos. Nesta fase, como consequência da evaporação de água, a sílica acumula-se na

casca e no caule da planta, sob a forma de ácido monosilícico, transformando-se através do

processo de polimerização, o ácido em membrana sílico-celulósica. Após a sua remoção

durante o refino do arroz, as cascas de arroz por apresentarem na sua constituição sílica e

fibras, não possuem qualquer valor nutritivo, não sendo assim usadas na alimentação humana

e animal (Houston, 1972).

A estrutura da casca de arroz que, dependendo do cultivo, pode equivaler entre 14 e 35% da

massa do grão (Beagles, 1977). Vários autores (Ferreira, 2005; Houston, 1972; NAKATA et al.,

1989) afirmam que esta é composta por quatro camadas estruturais, fibrosas, esponjosas ou

celulares, dividindo-se do exterior para o interior em:

Epiderme externa;

Fibra hipoderme ou esclerênquima;

País 2002 2003 2004 2005 2006 2007

China 176.342 162.304 180.523 182.059 184.128 185.490

Índia 107.730 132.789 124.697 137.690 139.137 141.134

Indonésia 51.490 52.138 54.088 54.151 54.455 57.049

Bangladesh 37.593 38.361 36.236 39.796 43.504 43.504

Vietname 34.447 34.569 36.149 35.791 35.827 35.567

Tailândia 26.057 27.038 28.538 30.292 29.269 27.879

Myanmar 21.805 23.146 24.718 25.364 30.600 32.610

Filipinas 13.271 13.500 14.497 14.603 15.327 16.000

Brasil 10.457 10.335 13.277 13.193 11.527 11.080

Japão 11.111 9.740 10.912 11.342 10.695 10.970

25

Célula parênquima esponjosa;

Epiderme interna.

No estudo desenvolvido por Hwang et al. (1997), determinou-se uma composição química para

a casca de arroz, constatando-se que esta é semelhante à das fibras orgânicas, sendo

constituída por celulose, lenhina, hemicelulose e sílica.

Como será verificado adiante, com o objectivo de produzir uma cinza de casca de arroz com

uma estrutura porosa e à base de sílica, dever-se-á realizar uma incineração controlada dos

elementos da casca de arroz, sendo a celulose e a lenhina maioritariamente removidos durante

essa combustão (Kumar, 1993; Ismail, M. S.; Waliuddin, A. M., 1996; Pacewsk, B.; Bukowska,

M.; Motly, D.; Szafran, M.; Blazdell, P., 2002; Metha, 1994).

No seguimento de um trabalho sobre as características pozolânicas da cinza de casca de

arroz, o autor sentiu a necessidade de perceber em qual das camadas se encontra a sílica em

maior concentração, e qual a sua origem, de modo a permitir uma maior exploração da casca

de arroz. Para tal, estudou duas amostras de casca de arroz proveniente do Senegal, que

tiveram um tratamento térmico diferente, permitindo uma comparação em termos de

granulometria e composição mineralógica. Com recurso ao Microscópio Electrónico de

Varrimento (MEV), constatou que a concentração de sílica na face externa da casca de arroz é

superior, comparativamente à da face interior, e que a presença deste composto é

praticamente inexistente no interior da casca. Na Figura 4-1, apresenta-se um gráfico com o

perfil da sílica ao longo de uma secção transversal da casca (Jauberthie et al., 2000).

Figura 4-1 – Distância (aproximadamente 50 μm) entre superfície externa, A, e interna, B (Jauberthie et al., 2000).

A presença de sílica na casca de arroz associa-lhe uma grande potencialidade de reutilização

(Biricik, 1999), como por exemplo na produção de blocos e painéis de betão leve e em

fertilizantes agrícolas (Armaesto et al., 2002).

Os próprios produtores de arroz são uns dos grandes responsáveis pela reutilização das

cascas de arroz, servindo-se do seu elevado poder calorífico (aproximadamente 16,3 MJ/Kg)

26

(Armaesto et al., 2002) para que através da sua combustão, possibilitarem a seca e a

parboilização do arroz. Tendo em conta que, segundo um estudo de mercado (LTD, 2003) a

maioria das reutilizações da casca de arroz implica a sua transformação em cinza, este tipo de

queima é uma das maneiras de integrar a casca de arroz no conceito de biomassa.

A figura seguinte representa algumas das possibilidades da aplicação da casca de arroz tal

como da sua cinza:

Figura 4-2 – Possibilidades de aplicação da casca de arroz e da respectiva cinza (Almeida, 2008).

4.3 Propriedades pozolânicas das cinzas de casca de arroz

A casca de arroz, se adequadamente processada através de um processo de calcinação, torna

o produto desta, a cinza de casca de arroz, num produto pozolânico. A cinza de casca de arroz

é um produto sílico-aluminoso que, por apresentar uma estrutura amorfa, reage com os iões

Ca2+

em meios alcalinos, originando assim a precipitação de silicatos de cálcio hidratados. O

produto final desta reacção é o silicato de cálcio hidratado, sendo este o principal elemento de

hidratação do cimento Portland.

27

Estudos efectuados por Metha et al. (2008) corroboram a norma americana ASTM C 989, ao

indicarem que a cinza de casca de arroz e a sílica activa são pozolanas altamente reactivas,

sendo estas essencialmente constituídas por sílica pura na forma não cristalina (Pacewsk, B.;

Bukowska, M.; Motly, D.; Szafran, M.; Blazdell, P., 2002). As pozolanas estudados pelo autor

são constituídas por partículas maioritariamente inferiores a 45 μm, mas altamente celulares

com superfícies específicas de 40 a 60 m2/g.

Abordando a estrutura da sílica cristalina e amorfa, realça-se que a primeira é formada por

átomos orientados a longa distância enquanto que na segunda estes são orientados a curta

distância. Apesar da diferença da estrutura microscópica das duas não ser muito significativa,

quando a sílica se encontra morfologicamente no estado amorfo, a totalidade da sua estrutura

também o está, enquanto que quando morfologicamente cristalina, 6,35 % da sua estrutura

está no estado amorfo (Rêgo, 2004).

Figura 4-3 – (a) – Estrutura da sílica cristalina formada por átomos orientados a longa distância; (b) – Sílica amorfa cuja orientação dos átomos ocorre apenas a curta distância (Cordeiro,

2006).

Com o objectivo de perceber qual a melhor maneira de quantificar o teor de partículas no

estado amorfo, Vieira et al. (2005) estudaram a aplicação do método químico e de difracção

por raio-X, concluindo que ambos são eficazes. No entanto, o último pode ser mais fiável, uma

vez que usa ondas electromagnéticas, enquanto que o primeiro pode sofrer interferências

físicas, uma vez que se colocam as cinzas de casca de arroz em contacto com reagentes e a

duração desta exposição condiciona o grau de reactividade da sílica.

Através da revisão bibliográfica, verificou-se que variáveis como a temperatura, a duração da

queima e a oxigenação desta, influenciam directamente as propriedades físico-químicas e

morfológicas da cinza de casca de arroz. Deste modo, para se produzir uma cinza de casca de

arroz com elevadas concentrações de sílica no estado amorfo, com elevados índices de

28

reactividade pozolânica e apresentando uma estrutura altamente micro-porosa, é necessário

que a calcinação da casca de arroz ocorra em condições controladas, permitindo assim a

decomposição térmica da matéria orgânica e, ao mesmo tempo, impossibilitando a formação

de sílica no estado cristalino.

No trabalho de Almeida (2008), são referidos estudos desenvolvidos por vários autores onde se

contemplam várias temperaturas e durações de calcinação com o objectivo de se obter uma

sílica amorfa e reactiva não sendo, no entanto, possível concluir um conjunto de valores

exactos.

Metha (1983), um dos investigadores que mais tempo dedicou ao estudo das cinzas de casca

de arroz, refere que a temperatura ideal para que a cinza de casca de arroz assuma as

características anteriormente enumeradas, deverá situar-se entre 500 e 680 °C.

Também Hamad e Khatab, citados em Chandrasekhar et al. (2003), num estudo onde foi

analisada a decomposição térmica da casca de arroz em ambiente controlado, constataram

que a cinza resultante de combustões entre os 500 e 600 ºC apresentava-se maioritariamente

constituída por sílica amorfa. Por sua vez, detectaram-se formas cristalinas de tridimita e

cristobalita na cinza de casca de arroz obtida a temperaturas superiores a 800 e 1200 ºC,

respectivamente.

Yeoh (1979) refere que, com queimas de duração inferiores a uma hora e com temperaturas a

rondar os 900 ºC, é possível obter sílica amorfa. Contudo, o autor mostra ainda que se a

temperatura atingir 1000 ºC e decorridos 5 minutos, a sílica assume o estado cristalino.

Os valores anteriormente apresentados são semelhantes aos constatados por Pitt (1976),

citado em Cordeiro (2006). Este estudo refere serem necessárias temperaturas acima dos

1000 ºC para que o estado amorfo da sílica pura se transforme em cristalino. O estudo refere

ainda que para temperaturas inferiores aos 1000 ºC, devido à presença de outros constituintes

na casca de arroz, a sílica pura apresenta geralmente uma morfologia amorfa.

Directamente relacionado com a temperatura “óptima” de calcinação, para Krishnarao, et al.,

está o facto que a cristalização da sílica amorfa em cristobalita está relacionada com a fusão

do potássio existente na superfície da cinza de casca de arroz, uma vez que a dissociação do

óxido de potássio aos 347 ºC origina o potássio, cujo ponto de fusão é de 64 ºC. Como

consequência, ocorre a combustão da superfície da casca de arroz e consequentemente a

aceleração do processo de cristalização da sílica amorfa em cristobalita.

À imagem do potássio, também outras impurezas podem interferir com a pozolanicidade da

cinza de casca de arroz, desempenhando assim um papel preponderante neste assunto, uma

29

vez que impedem a libertação do carbono durante a calcinação. Uma cinza de casca de arroz

que contenha uma quantidade significativa de carbono, além de reduzir em termos percentuais

a quantidade de sílica, influencia ainda esteticamente o aspecto desta, uma vez que fornece à

cinza uma cor mais escura (Chandrasekhar et al., 2003; Zhang et al., 1996; Della et al., 2001).

O anteriormente descrito pôde ser constatado no trabalho desenvolvido em laboratório com

cinza comercial por Della et al. (2001), citado por Almeida (2008). Nele, as cinzas foram

sujeitas a variações térmicas de 10 ºC / min até ao limite de 400, 500, 600 e 700 ºC, mantendo-

se posteriormente a temperatura constante durante três períodos de tempo (1, 3 e 6 h). Para o

período de 6 horas, constatou-se que a quantidade de cinza com cor escura diminuiu com o

aumento da temperatura, obtendo-se para uma temperatura de 700 ºC uma cinza de cor

branca.

Através de um estudo sobre a constituição química de uma cinza de casca de arroz de cor

escura, obtida por um tratamento térmico controlado, os autores Zhang et al. (1996)

constataram que a percentagem de sílica era intermédia quando comparada com as

respectivas percentagens da cinza comercial, obtidas antes e após tratamento térmico, no

estudo desenvolvido por Della et al., 2001. Tal pode ser constatado na Tabela 4-2.

Tabela 4-2 – Constituições químicas das cinzas obtidas por Della e al. (2001) e Zhang et al. (1996).

Componentes (%) Pré-tratamento

(Della) Zhang

Pós-tratamento Della)

SiO2 (dióxido de sílicio) 72,1 87,2 94,95 Al2O3 (óxido de alumínio) 0,3 0,15 0,39

Fe2O2 (óxido de ferro) 0,15 0,16 0,26 CaO (óxido de cálcio) 0,43 0,55 0,54 Na2O (óxido de sódio) 0,5 1,12 0,25

K2O (óxido de potássio) 0,72 3,68 0,94 MnO (óxido de manganês) 0,15 - 0,16

TiO2 (óxido de titânio) 0,05 0,01 0,02 MgO (óxido de magnésio) 0,7 0,35 0,9

P2O5 (óxido de fósforo) 0,06 0,5 0,74 SO3 (sulfatos) - 0,24 - Cl (cloretos) - 0,45 - C (carbono) - 5,91 -

Perda de calor 24,3 8,55 0,85

Além das consequências morfológicas e físicas que estão associadas à queima de casca de

arroz, existe o fenómeno da perda de massa, que representa um factor importante, até mesmo

para toda a logística associada a futuras aplicações da cinza de casca de arroz.

No estudo de Sousa (2005) a perda de massa da casca de arroz foi dividida em 4 fases:

30

1. Quando a temperatura atinge 100 ºC, inicia-se o processo de libertação física da

água da casca de arroz. Esta perda corresponde a valores entre 4 % e 6 % da

massa total da casca;

2. Para variações térmicas entre 225-500 ºC e os 325 - 375 ºC, ocorre respectivamente

a decomposição da lenhina e da celulose, sendo libertado os compostos voláteis

existentes nas mesmas. Esta perda corresponde a cerca de 45 % da massa total da

casca. Durante esta fase da queima, constata-se um aumento significativo do fumo

da queima;

3. Quando a temperatura atinge 350 ºC, inicia-se a incineração parcial do carbono

contido na casca de arroz, ocorrendo a quase totalidade do remanescente da perda

de massa da casca;

4. Se a temperatura ultrapassar 800 - 900 ºC, inicia-se o processo de cristalização da

sílica existente na cinza de casca de arroz.

Sousa (2005), citando Kumar (1993), apresenta um gráfico (Figura 4-4) que representa a perda

de massa da casca de arroz que ocorre durante o processo de incineração. Nesta figura, o

traço interrompido representa a perda de massa, que ocorre numa cinza quando esta é sujeita

a uma temperatura constante de 500 ºC, enquanto que a linha a cheio representa a perda de

massa da cinza em função da temperatura a que é submetida.

Figura 4-4 – Curvas que representam a perda da massa durante o processo de incineração (Kumar, 1993).

Num estudo efectuado por outros autores, Yalçin et al. (2000), são também apresentados

valores que retratam a perda de massa de uma casca de arroz que ocorre durante um

processo de calcinação. Neste estudo, a massa inicial da casca de arroz sofreu uma redução

na ordem dos 78 % até ser atingida a temperatura de 500 ºC. Apesar do aumento da

31

temperatura de incineração, não se verificou mais redução da massa da casca de arroz.

Concluiu-se que a casca de arroz continha 22 % de sílica e impurezas e os restantes 78 %

correspondiam a H2O e CO2.

Figura 4-5 – Curva que representa a perda da massa durante o processo de incineração ( Adaptado de Yalçin et al., 2000).

A temperatura ou o tempo da queima são factores que influenciam directamente a constituição

química e física da cinza de casca de arroz. Como consequência de muitos estudos realizados,

desenvolveram-se vários tipos de fornos, que possibilitam uma maior e mais eficiente

monitorização não só do gradiente térmico como a quantidade e o modo do fluxo de ar no seu

interior. Tais factores estão directamente relacionados com a quantidade de carbono existente

no produto final, elemento este já referido.

A nível nacional, Sousa (2005) elaborou uma pesquisa sobre os diferentes métodos de

incineração assim como diversos tipos de fornos, efectuando um resumo das características

das cinzas de casca de arroz resultantes dos respectivos métodos e tipos de incineração.

Estes métodos estão resumidos nas Tabela 4-3 e Tabela 4-4.

32

Tabela 4-3 – Métodos de incineração controlada da casca de arroz (Sousa, 2005).

Incineração Controlada

Metodologia de Incineração Observações

Forno vórtice Monitorização dos parâmetros de incineração (tempo, temperatura, quantidade de ar);

CCA com elevada pozolanicidade.

Forno de leito fluidizado Monitorização dos parâmetros de incineração (tempo, temperatura, quantidade de ar);


Forno de leito fixo Monitorização dos parâmetros de incineração (tempo, temperatura, quantidade de ar);

CCA com elevada pozolanicidade;

CCA de cor branca;

Elevadíssima superfície especifica.

Tabela 4-4 – Métodos de incineração não controlada da casca de arroz (Sousa, 2005).

Incineração Não Controlada

Metodologia de Incineração Observações

Fogão de alvenaria Boa circulação de ar;

CCA branca;


Incinerador de ferrocimento Incineração praticamente não controlada;

Temperaturas máximas de 900 ºC.

Fogão "Lo-Trau" Uso doméstico;

Incineração não controlada.

Chaminé de placa metálica Uso doméstico;

Incineração não controlada.

Queima a céu aberto Incineração não controlada;

Temperaturas normalmente de 550 ºC;

CCA de cor branca ou negra;

CCA normalmente cristalizada.

Uma vez apresentadas as variáveis que influenciam a constituição e forma da cinza de casca

de arroz durante o processo de calcinação, apresenta-se na Tabela 4-5 as percentagens dos

diferentes constituintes das cinzas de casca de arroz obtidas no seguimento de estudos de

vários autores. Uma vez que nem a origem da casca de arroz, nem o processo e temperatura

de incineração são constantes, é natural que a composição química das cinzas seja diferente,

como se pode justificar pelos estudos apresentados neste capítulo. Apesar de todas as

diferenças, todos os autores constataram que a sílica é o elemento com maior peso na

constituição química da cinza de casca de arroz (Silveira, 1996).

33

Tabela 4-5 – Caracterização química de cinzas de casca de arroz resultante de vários estudos.

Autores Cook Salas Cincotto Rêgo Guedert Farias et al.

Sugita Isaia

1976 1986 1988 2004 1989 1990 1992 1995 Temperatura da Queima

450 ºC

1000ºC

500-600 ºC

- Sem controlo

- 600 ºC 50 %-650 ºC; 50% sem

controlo

Co

mp

osiç

ão

Qu

ímic

a (

%)

SiO2 93,15

91,26

94,70 84,95 93,11 91,78 90,00 78,60

Al2O3 0,41 0,94 0,09 0,45 0,92 0,60 0,10 2,30

Fe2O3 0,20 0,37 1,46 0,32 0,40 0,34 0,40 2,30

CaO 0,41 2,15 0,99 0,84 0,52 0,50 0,40 1,00

MgO 0,45 0,88 0,95 0,40 0,85 0,52 0,30 0,80

SO3 - - 0,21 - - 0,02 - 0,04

Na2O 0,08 - 0,04 0,21 0,12 0,11 0,06 0,01

K2O 2,31 - 1,75 0,50 1,12 1,30 2,41 0,56

Perda de calor

2,27 - 7,29 - - - 4,20 11,80

Resíduo Insolúvel

- 0,17 - - - - - -

4.4 Influência da granulometria das cinzas de casca de arroz na

reactividade pozolânica

Uma vez que grande parte deste trabalho se dedica à compreensão da influência da

granulometria das cinzas nas argamassas de cal aérea, neste subcapítulo faz-se referência

aos estudos já efectuados sobre este parâmetro.

Segundo vários autores, um dos factores que influencia significativamente a reactividade

pozolânica é a finura do material e, consequentemente, a respectiva superfície específica. Tal

significa que uma maior superfície específica implica uma maior área de reacção, influindo

assim no aumento da reactividade pozolânica (Coutinho, 1958; Massaza et al., 1979).

A nível nacional, Almeida (2008) também afirma que, de uma maneira geral, a granulometrias

de cinzas mais finas estão associadas superfícies específicas mais elevadas. O mesmo autor

acrescenta que materiais com uma superfície específica elevada, têm a reacção do hidróxido

de cálcio da cal com a sílica ou alumina facilitada, incrementando a formação de silicatos e/ou

aluminatos hidratados. Estes últimos elementos estão geralmente associados a maiores

resistências mecânicas. No seu trabalho, as argamassas com adição de cinzas de casca de

arroz, diferem unicamente na granulometria da cinza utilizada. Ambas as argamassas

apresentam um traço volumétrico de 1:0,5:3, tendo, na argamassa designada por cp3, sido

utilizada uma cinza comercial sem tratamento, enquanto que na argamassas cpm3 foi utilizada

a mesma cinza de casca de arroz mas com uma moagem efectuada num moinho de bolas. Na

34

Figura 4-6 estão representadas as curvas granulométricas das cinzas utilizadas em cada uma

destas argamassas.

Figura 4-6 – Curvas granulométricas cinza de casca de arroz utilizada na argamassa cp3 e cpm3, cp e cpm3 respectivamente (Almeida, 2008).

Ainda no mesmo trabalho, os ensaios de caracterização mecânica evidenciaram um aumento

das resistências mecânicas da argamassa cpm3 em relação à cp3, em ambas as condições de

cura testadas (seca e húmida).

Face a estes acontecimentos, Almeida (2008) afirma que “ A redução da granulometria da

cinza, associada ao incremento da superfície específica do material, parece potenciar a

reactividade pozolânica, evidenciada pelas maiores resistências obtidas”.

Em Velosa (2006), citando o trabalho desenvolvido por Lea (1970), é referenciado a utilização

de pozolanas com diferentes superfícies específicas. Ao medir a sua reactividade através de

um método químico que se baseou na fixação de Ca(OH)2 durante 180 dias constatou-se, ao

fim de 28 dias de ensaio, uma correlação entre a superfície especifica e a reactividade do

material, sendo esta maior quanto maior for a superfície especifica. Este facto é justificado pela

reacção química ocorrer inicialmente na superfície dos grãos da pozolana, enquanto que a

reacção em continuidade depende principalmente da quantidade de matéria vítrea presente

(Velosa, 2006).

Num trabalho com o objectivo de estudar as propriedades da sílica obtida através da casca de

arroz, por via de tratamentos químicos e térmicos, os autores Salas et al. (2007) elaboraram

35

várias argamassas contendo sílica (SF), cinza de casca de arroz sem tratamentos químicos

prévios (RHA-4) e cinzas de casca de arroz tratadas previamente com ácido clorídrico (ChRHA-

2). Ambas as cinzas passaram por um processo de moagem com recurso a um moinho de

bolas. Na Tabela 4-6, é apresentada a caracterização das pozolanas que interessam referir no

presente estudo.

Tabela 4-6 – Características das cinzas de casca de arroz (Salas et al., 2007).

Pozolanas Superfície específica

(Blaine [m2/kg])

Sílica amorfa

[%]

Diâmetro médio [μm]

RHA-4 1587 87,4 8,99

ChRHA-2 1963 94,1 8,95

Apesar de o diâmetro médio ser bastante semelhante quer a superfície específica, quer a

percentagem de sílica amorfa, são superiores para o caso da ChRHA-4. Na caracterização

mecânica à compressão, os autores constataram que a argamassa com adição de cinzas de

casca de arroz com maior superfície específica apresentou resultados superiores.

Figura 4-7 – Evolução da resistência à compressão ao longo do tempo (Adaptado de Salas et al., 2007).

No trabalho em que o objectivo foi o estudo da influência da cinza de casca de arroz em

argamassas e betões, os autores relacionaram o grau de moagem da cinza com a resistência à

36

compressão das argamassas formuladas com as respectivas cinzas. Após uma prévia

calcinação artesanal da casca de arroz, a cinza foi moída com o recurso a um moinho de bolas.

O tempo de moagem foi de 60 minutos, tendo sido retirado uma amostra de cinza a cada 10

minutos. Para cada uma destas amostras, realizou-se uma caracterização da cinza medindo a

superfície específica pelo método de Blaine. O diâmetro médio das partículas foi obtido através

do ensaio da granulometria com recurso a laser (Tashima et al., 2006).

Tabela 4-7 – Características físicas da CCA (Adaptado de Tashima et al., 2006).

Tempo de moagem

[min]

Superfície específica

[cm2/g]

Diâmetro médio [μm]

20 15,698 14,56

30 17,302 12,38

40 20,894 9,19

50 22,576 7,85

60 23,243 7,34

Recorrendo à cinza obtida em cada um dos intervalos de tempo referidos anteriormente, os

autores realizaram duas argamassas contendo cada uma das cinzas, com uma dosagem de 5

e 10%. Os ensaios de resistência à compressão ocorreram nas idades de 7 e 28 dias. A Tabela

4-8 mostra os respectivos resultados de resistência à compressão.

Tabela 4-8 – Resistência à compressão da CCA (Adaptado de Tashima et al., 2006).

Tempo moagem

[min]

Resistência 7 dias [MPa]

Resistência 28 dias [MPa]

5 % CCA

10 % CCA

5 % CCA

10 % CCA

20 47,7 45,3 54,8 56,2

30 62,5 54,5 67,8 65,4

40 55,6 50,8 61 60,3

50 53,3 49,6 59,2 59,4

60 48,9 42,5 53,4 52,7

Com base nos valores apresentados, os autores fixaram para os restantes ensaios, a

granulometria da cinza correspondente a 30 minutos de moagem, uma vez que para os 40

minutos, a respectiva cinza apresentava uma superfície específica menor, e

consequentemente, uma menor resistência à compressão. Contudo, pode-se concluir que

existiu um aumento de resistência mecânica associado ao aumento do grau de finura, obtido

através da moagem durante os primeiros 30 minutos.

37

Em Payá (2000) é apresentado um estudo sobre o efeito da granulometria da cinza de casca

de arroz sobre a respectiva reactividade pozolânica em argamassas, recorrendo à

caracterização mecânica, através da resistência à compressão. O autor concluiu que os

valores da resistência à compressão começam a decrescer quando as partículas da cinza

utilizada apresentam um diâmetro médio inferior a 5 μm.

Nestes dois últimos casos, constata-se que a partir de determinada granulometria, a cinza

apresenta uma superfície específica decrescente. Em relação a este aspecto, Metha (1983)

afirma que a superfície específica não só depende da dimensão das partículas como também

da rugosidade que lhe está associada, uma vez que esta apresenta uma estrutura celular e

uma superfície rugosa.

Num estudo Kiattikimol et al. (2001) cujo objectivo era compreender se as propriedades

pozolânicas das cinzas volantes podem ser melhoradas através da sua redução a partículas

mais finas, os autores começaram por citar os trabalhos (Slanicka, 1991; Payá et al., 1995), no

qual foram produzidas argamassas com cinzas que foram separadas por dimensões de

partículas decrescentes. A caracterização mecânica das argamassas que continham as cinzas

com partículas de dimensões inferiores apresentou valores superiores de resistência à

compressão. Os mesmos autores citaram ainda Berry et al. (1989) para justificar o porquê da

menor actividade pozolânicas das cinzas de granulometrias superiores. Segundo estes, as

cinzas constituídas por partículas de maiores dimensões possuem uma reactividade pozolânica

inferior por apresentarem uma maior percentagem de partículas no estado cristalino.

A parte experimental deste estudo passou por submeter 5 cinzas volantes, de origens distintas,

a uma moagem através de um moinho de bolas. Daí resultaram vários lotes de cinzas em

função do tamanho das partículas, determinados pela percentagem de material retido no

peneiro 325 (Kiattikimol et al., 2001).

38

Figura 4-8 – Esquema do processo de moagem das várias cinzas volantes (Kiattikimol et al., 2001).

Após a separação dos vários tipos de cinzas volantes, assim como das várias granulometrias,

os autores procederam à determinação da densidade, da percentagem de material retido no

peneiro de referência, da superfície específica (método de Blaine) e a da dimensão média das

partículas. Os valores obtidos são apresentados na Tabela 4-9

Os autores constataram que, tanto o diâmetro médio das partículas como a percentagem de

material retido no peneiro de referência, diminuíram com a moagem. Inversamente, a superfície

específica aumentou com a moagem, com excepção das cinzas FK-O e FK-L, em que o valor

da superfície específica da cinza original é superior à cinza obtida na primeira moagem. Os

autores, são também da opinião que este fenómeno pode ser explicado pelo facto de as

partículas da cinza apresentarem uma forma esponjosa (irregular e porosa), associada a uma

alta superfície específica. Os mesmos defendem ainda que para o caso de partículas de forma

esponjosa, o método de Blaine pode não ser suficiente para indicar o valor da respectiva

superfície específica.

39

Tabela 4-9 – Propriedades físicas do cimento e das cinzas volantes analisadas (Adaptado de Kiattikimol et al., 2001).

Amostra Densidade Material retido no peneiro nº

325 [%]

Superfície específica pelo método de Blaine [cm

2/g]

Dimensão média das

partículas [µm]

Cimento 3,14 4,7 3120 13,0

FM-O 2,02 37,4 2370 28,5

FM-L 2,66 21,7 4630 9,0

FM-M 2,66 7,4 5670 5,3

FM-S 2,63 0,4 10260 1,9

FR-O 2,19 32,9 3380 32,0

FR-L 2,47 23,3 4620 15,4

FR-M 2,58 11,0 5970 10,5

FR-S 2,54 1,3 9590 4,7

FS-O 2,24 17,8 5380 18,3

FS-L 2,38 20,1 5150 17,7

FS-M 2,44 7,6 6230 11,7

FS-S 2,40 0,4 10040 5,3

FK-O 2,50 45,9 7720 44,2

FK-L 2,57 23,5 7430 10,5

FK-M 2,62 8,9 8910 4,8

FK-S 2,60 3,5 12330 3,7

FN-O 2,23 26,9 4880 27,0

FN-L 2,41 19,1 6320 13,7

FN-M 2,49 6,8 7880 7,8

FN-S 2,45 0,7 10190 4,2

Os valores da resistência à compressão aos 3 dias de idade das argamassas com adição de

cinza moída foram inferiores aos da argamassa de referência. Contudo, verificou-se a situação

oposta nos ensaios realizados aos 14 dias de idade. Nos ensaios realizados aos 28, 60 e 90

dias, continuou-se a verificar a mesma tendência, mas desta vez para as argamassas

associadas às cinzas de dimensões maiores, como se observar na Tabela 4-10.

40

Tabela 4-10 – Valores da resistência à compressão e restantes relações (Adaptado de Kiattikimol et al., 2001)

Amostra Relação a/(C+F)

Tensão de rotura à compressão [MPa]

3 dias de

idade

7 dias de idade

14 dias de idade

28 dias de idade

60 dias de idade

90 dias de idade

Cimento 0,68 18,0 23,5 27,3 31,8 34,1 35,8

FM-O 0,67 13,5 18,9 23,4 27,7 30,9 32,4

FM-L 0,68 14,5 19,6 26,6 31,5 34,2 36,4

FM-M 0,67 16,4 22,6 28,8 35,6 38,8 41,0

FM-S 0,67 19,7 22,7 31,6 37,9 41,0 43,5

FR-O 0,71 12,3 16,4 20,5 24,2 28,2 30,8

FR-L 0,70 13,5 18,1 22,6 26,6 31,3 33,9

FR-M 0,70 14,4 19,7 23,5 27,6 31,6 34,7

FR-S 0,68 15,2 20,1 25,9 31,7 34,9 37,0

FS-O 0,69 14,1 18,8 23,3 28,6 32,6 35,0

FS-L 0,72 13,6 18,6 22,0 28,2 31,3 33,7

FS-M 0,70 14,8 20,4 24,3 28,9 32,4 35,1

FS-S 0,68 16,2 23,2 27,7 33,3 36,1 38,0

FK-O 0,73 14,0 19,5 22,2 26,2 27,7 28,3

FK-L 0,71 15,1 21,4 25,1 29,5 31,6 32,7

FK-M 0,70 16,7 22,1 27,5 31,1 32,6 33,5

FK-S 0,70 17,0 22,1 27,7 31,5 33,4 34,0

FN-O 0,71 14,0 18,9 23,9 28,7 31,9 34,8

FN-L 0,72 14,3 19,1 24,1 28,9 32,4 35,9

FN-M 0,70 14,8 20,5 24,8 31,4 35,5 37,5

FN-S 0,68 16,1 22,3 26,7 33,1 36,5 38,5

O aumento do grau de finura das cinzas causa um incremento das resistências mecânicas das

argamassas formuladas com as cinzas, levando-as a assumir valores superiores mais

rapidamente (Figura 4-9).

Figura 4-9 – Relação entre o diâmetro médio das partículas e o índice da actividade resistente (Adaptado de Kiattikimol et al., 2001).

41

Na publicação de Junior et al. (2003), é referido que o grau de moagem da cinza de casca de

arroz desempenha uma forte influência no seu desempenho como pozolana, efeito este medido

pelo índice de actividade pozolânica. Contudo, os autores referem ainda que a partir de uma

determinada finura, o valor deste índice assume uma tendência decrescente (Figura 4-10). A

justificação para o sucedido assenta na dificuldade de dispersão das partículas de cinzas mais

pequenas na argamassa.

Figura 4-10 – Variação do índice de actividade pozolânica com o tempo de moagem (Junior et al., 2003).

42

43

5 MATERIAIS UTILIZADOS NA PRODUÇÃO DAS

ARGAMASSAS

No presente capítulo apresenta-se a caracterização dos materiais utilizados na produção das

formulações das argamassas que foram estudadas experimentalmente.

5.1 Areia de rio

Com o objectivo de procurar minimizar a influência da areia nos resultados experimentais,

utilizou-se o mesmo agregado fino em todas as argamassas que foi uma areia de rio

proveniente do mesmo lote. A areia foi seca em estufa durante 48 horas a uma temperatura de

105 ± 5 ºC, de modo a eliminar a água existente, de forma a garantir que a humidade da areia

não constitua uma variável exógena. Ao longo do período em que a areia esteve no interior na

estufa, procedeu-se à recolha de amostras de areia às 12, 24 e 48 horas, com o objectivo de

verificar a evolução da massa ao longo do tempo. Constatou-se que as 24 horas foram o tempo

necessário para que se verificasse a estabilização da massa da amostra da areia, tendo-se

obtido variações inferiores a 0,01 % em pesagens sucessivas.

Depois de seca, a areia foi colocada no interior de barricas hermeticamente fechadas, onde foi

conservada até à sua utilização.

5.1.1 Análise granulométrica da areia de rio

Após a secagem da areia de rio, efectuou-se a análise granulométrica da areia. Realizou-se

uma peneiração mecânica durante 10 minutos, numa série de peneiros com aberturas de 8, 4,

3, 1, 0,5, 0,25, 0,125 e 0,063 mm. Terminada a peneiração, determinaram-se as massas do

material retido em cada um dos peneiros com o auxílio de uma balança, determinaram-se as

massas correspondentes. Esta análise baseou-se no disposto na EN1015-1 (1998).

Na Figura 5-1, representou-se a curva granulométrica obtida.

44

Figura 5-1 – Curva granulométrica da areia de rio.

Determinou-se ainda o módulo de finura e a máxima e a mínima dimensão do agregado. A

máxima dimensão do agregado corresponde à menor abertura do peneiro, através da qual

passa pelo menos 90 % da massa do agregado enquanto a mínima dimensão do agregado

corresponde à maior abertura do peneiro através do qual não passa mais do que 5 % da

massa deste.

O módulo de finura representa a soma das percentagens acumuladas retidas em todos os

peneiros da série normalizada, dividida por 100.

Tabela 5-1 – Caracterização da areia de rio.

Características do Agregado

Dimensão Máxima [mm]

Dimensão Mínima [mm]

Módulo Finura

2,000 0,125 3,83

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Mat

eri

al a

cum

ula

do

pas

sad

o [

%]

Abertura do peneiro [mm]

Areia0

,06

3

0,1

25

0

,25

0

0,5

00

1,0

00

2,0

00

4,0

00

8,0

00

0,0

63

0,1

25

0

,25

0

0,5

00

1,0

00

2,0

00

4,0

00

8,0

00

Dmin

Dmáx

45

5.1.2 Determinação da baridade

A determinação da baridade da areia de rio foi realizada adoptando os procedimentos da NP-

EN1097:3 (2000). Para a realização deste ensaio utilizou-se uma colher que permitiu a

colocação do agregado no interior de um recipiente metálico, com 1 litro (V) e com massa m1.

Procurou garantir-se que a distância entre a colher e o recipiente não fosse inferior a 5 cm,

possibilitando assim a reprodução da prática corrente em obra. Depois de o recipiente estar

cheio, rasou-se o mesmo pelo plano da boca e determinou-se a massa do conjunto numa

balança com 0,01 g de precisão (m2). O valor da baridade é obtido através da equação 5-1.

[5-1]

em que:

m2 – massa do recipiente cheio de areia [kg];

m1 – massa do recipiente vazio [kg];

V – volume do recipiente [m3].

Na Tabela 5-2, apresentam-se os valores obtidos experimentalmente.

Tabela 5-2 – Determinação da baridade da areia de rio.

Unidade V [L] m1 [kg] m2 [kg] ρ [kg/m3]

Valores 1,0 1,1746 1,7637 589,1

5.2 Cal aérea hidratada em pó

Tal como a areia utilizada também a cal aérea é proveniente de um só lote. A cal utilizada no

presente trabalho foi facultada pela CALCIDRATA, sendo um produto disponível no mercado

nacional e comercializada em sacos.

A cal utilizada é produzida a partir de calcários extraídos na Serra d’Aire e na Serra dos

Candeeiros. A calcinação é realizada em fornos verticais de duas cubas de processamento

contínuo sendo a uma temperatura de 900 ºC e o tempo de permanência do material no forno

de 12 horas. O processo de produção de cal e o controlo e monitorização da qualidade da

mesma, são realizados em conformidade com a norma ISO 9001:2008.

46

Depois da abertura de um saco de cal para a sua utilização, esta foi armazenada em barricas

mantidas hermeticamente fechadas. Aquando da sua utilização, e para reduzir a probabilidade

de usar cal carbonatada, existiu sempre o cuidado de retirar uma camada superficial de cal que

esteve em contacto com o ar no interior da barrica.

5.3 Cinza de casca de arroz comercial

A cinza de casca de arroz comercial utilizada foi facultada por um fornecedor da Figueira da

Foz, Cincás. A cinza utilizada na produção nas argamassas estudadas, foi previamente

preparada através de peneiração e moagem.

5.3.1 Pré – peneiração

Através da observação visual da cinza, constatou-se que as partículas de maior dimensão

estavam mal calcinadas e apresentavam uma cor mais escura em comparação com as

restantes partículas de granulometria inferior. Este facto pode resultar do processo de

calcinação ter decorrido num forno de cal que, conforme referido na Tabela 4-4, não

corresponde ao processo mais adequado. Este tipo de forno não permite a monitorização do

gradiente térmico e do fluxo de ar impossibilitando, deste modo, que a calcinação ocorra de

uma maneira uniforme. Estes factores podem justificar a heterogeneidade observada na cinza

de casca de arroz (Sousa, 2005). Foram também observadas partículas de outros materiais,

como por exemplo agregados de pequenas dimensões e pequenos elementos da folhagem do

arroz.

Como comentado no capítulo 4.3, poderá existir uma correlação entre a constituição química

da cinza de casca de arroz e a sua cor. As cinzas de casca de arroz com uma percentagem

elevada de carbono apresentam uma tonalidade mais escura enquanto que as cinzas com

maiores concentrações de sílica possuem uma tonalidade mais clara (Chandrasekhar et al.,

2003; Della et al., 2001; Zhang et al., 1996).

Com o objectivo de caracterizar a cinza comercial recebida, designada por C, realizou-se uma

peneiração de uma amostra de 200 g ± 0,1 g, durante 10 minutos, com o recurso a uma série

de peneiros normalizados com aberturas de 2,000, 1,000, 0,500, 0,250, 0,125 e 0,075 mm.

Realizada a caracterização da cinza comercial, procedeu-se a uma peneiração mecânica de

todo o material através de um peneiro de abertura de 500 μm, utilizando uma amostra de 200 g

± 0,1 g, durante um intervalo de 10 minutos. Como referido anteriormente, este procedimento

serviu para retirar as partículas mal calcinadas e as impurezas das cinzas. De novo, com o

47

objectivo de caracterizar a cinza através de uma análise granulométrica, procedeu-se a nova

peneiração, utilizando a série de peneiros normalizados com abertura de 1,000, 0,500, 0,250,

0,125, 0,075 μm (Figura 5-2). O produto final desta peneiração designa-se por CP (cinza

peneirada).

Figura 5-2 – Peneiração da cinza da cinza de casca de arroz.

No final do tratamento de peneiração de toda a cinza de casca de arroz, verificou-se que

aproximadamente 35 % do material ficou retido no peneiro de abertura 500 m, sendo este o

valor do desperdício do material.

Como se ilustra na Figura 5-3, há uma diferença de tonalidade e de aspecto da cinza C para a

CP, em que a segunda é constituída por partículas mais homogéneas e com uma cor mais

clara, o que está associada um teor de carbono inferior e superior de sílica (Chandrasekhar et

al., 2003; Zhang et al., 1996; Della et al., 2001).

48

a) b)

Figura 5-3 – (a) – Cinza de casca de arroz comercial – C –; (b)– Cinza de casca de arroz peneirada – CP –.

Figura 5-4 – Curvas granulométricas da cinza de casca de arroz comercial (C) e da cinza de

casca de arroz passada pelo peneiro de abertura 500 m (CP).

Na Figura 5-4, visualizam-se as curvas granulométricas da cinza de casca de arroz passada

pelo peneiro de abertura 500 m (CP) assim como a da cinza de casca de arroz comercial (C).

Importa referir que apesar da cinza CP ter sido previamente peneirada com o recurso a um

peneiro de malha 500 m, verificou-se a existência de pequenos aglomerados de cinza, que

ficaram retidos no peneiro com abertura de 500 m.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Mate

rial acu

mu

lad

o p

assad

o [

%]


C

CP

0,0

63

0,0

75

0,1

25

0,2

50

0,5

00

1,0

00

2,0

00

49

5.3.2 Moagem

Com o objectivo de obter uma cinza de casca de arroz com granulometria inferior a 75 m,

efectuou-se uma moagem da cinza CP. Ao reduzir o tamanho das partículas e

consequentemente aumentar a superfície específica das mesmas, teve-se como objectivo

aumentar a reactividade da cinza de casca de arroz.

A moagem foi efectuada num moinho utilizado no ensaio de Los Angeles. Refira-se que este

equipamento tem sido utilizado em vários trabalhos de investigação deste material.

Introduziu-se no moinho uma quantidade de cinza equivalente a ¼ da sua capacidade, o que

correspondeu a cerca de 14 kg de cinza passada pelo peneiro de abertura 500 μm, proveniente

da pré-peneiração.

Figura 5-5 – Moinho para o ensaio de Los Angeles utilizado na moagem da cinza de casca de arroz.

Ao longo do processo de moagem, foram retiradas amostras de cinza de modo a realizar-se

uma análise granulométrica, com o objectivo de avaliar a evolução do incremento de finura ao

longo do processo de moagem. Foram retiradas amostras de 200 g ao fim de 15, 30, 45, 60 e

75 minutos de moagem, amostras estas designadas por CPm15, CPm30, CPm45, CPm60 e

CPm75, respectivamente.

50

Durante os primeiros 45 minutos de moagem, utilizaram-se 6 esferas de aço de

aproximadamente 400 gramas cada, dando origem às amostras CPm15, CPm30 e CPm45.

Como se pode constatar na Figura 5-6 através da comparação das curvas granulométricas Cp,

CPm15 e CPm30, os primeiros 15 minutos de moagem foram os mais eficientes, tendo existido

uma maior redução da granulometria, principalmente para as dimensões compreendidas entre

125 m e 500 m.

Figura 5-6 – Curvas granulométricas da cinza de casca de arroz passada em 500 μm – CP – e das cinzas de casca de arroz obtidas durante o processo de moagem – CPm15, CPm30 –.

Na Figura 5-7, não está representada a curva granulométrica correspondente à amostra

retirada ao minuto 45, CPm45, uma vez que não se constatou nenhuma alteração significativa

na granulometria dessa cinza em relação à curva granulométrica da CPm30, principalmente

nas partículas de dimensões inferiores a 250 μm. Decidiu-se continuar com o processo de

moagem, utilizando agora 10 esferas, mantendo-se o período de amostragem constante,

resultando daí as amostragens CPm60 e CPm75, cujas curvas granulométricas, são

apresentadas na Figura 5-7 e na Figura 5-8.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Mate

rial acu

mu

lad

o p

assad

o [

%]


CP

CPm15

CPm30

0,0

63

0

,07

5

0,1

25

0

,25

0

0,5

00

1

,00

0

51

Figura 5-7 – Curvas granulométricas da cinza de casca de arroz passada em 500 μm – CP – e das cinzas de casca de arroz obtidas durante o processo de moagem – CPm15, CPm30,

CPm60 e CPm75 –.

Figura 5-8 – Curvas granulométricas da cinza de casca de arroz passada em 500 μm – CP – e das cinzas de casca de arroz obtidas durante o processo de moagem – CPm30 e CPm60 –.

O aumento do número de esferas e eventualmente do tempo surtiu um efeito generalizado na

diminuição do tamanho das partículas de cinza de casca de arroz (CPm60) em relação à

CPm30, uma vez que pela primeira vez se constatou um aumento de material acumulado

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Mate

rial acu

mu

lad

o p

assad

o [

%]


CP

CPm15

CPm30

CP60m

CPm750

,06

3

0,0

75

0

,12

5

0,2

50

0

,50

0

1

,00

0

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Mate

rial acu

mu

lad

o p

assad

o [

%]


CP

CPm30

CP60m

0,0

63

0

,07

5

0,1

25

0

,25

0

0,5

00

1

,00

0

52

passado em todos os peneiros (Figura 5-8). Salienta-se que, como referido, não ocorre uma

vantagem significativa entre a CPm30 e CPm45. Nos 15 minutos seguintes (CPm75), verificou-

se apenas um incremento da percentagem de material passado através do peneiro 125 μm.

Nesta fase, decidiu-se finalizar o processo de moagem por se considerar que, com a

granulometria actual da cinza, já seria possível obter as diferentes quantidades de cinza para a

realização das argamassas (Figura 5-9).

Figura 5-9 – Curvas granulométricas da cinza de casca de arroz passada em 500 μm – CP – e da cinza de casca de arroz obtidas durante o processo de moagem – CPm60 e CPm75 –.

Figura 5-10 – À esquerda – Cinza de casca de arroz peneirada – CP –. À direita – Cinza de casca de arroz moída – CPm75 –.

Contudo, pela experiência obtida, ficou a ideia que caso fosse necessário obter mais material

passado pelo peneiro 75 μm, bastaria aumentar o número de esferas.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Mate

rial acu

mu

lad

o p

assad

o [

%]


CP

CP60m

CPm75

0,0

63

0

,07

5

0,1

25

0

,25

0

0,5

00

1

,00

0

53

5.3.3 Peneiração – fraccionamento da cinza em diferentes

granulometrias

Após o processo de moagem descrito, procedeu-se ao fraccionamento da cinza com as

granulometrias previstas no plano de trabalhos. Para tal, efectuou-se a peneiração durante 10

minutos do material obtido na moagem. Utilizaram-se peneiros com 500, 250, 125 e 75 m de

máxima dimensão. Assim obteve-se um conjunto de fracções de cinza passadas nos referidos

que foram designadas por CM500, CM250, CM125 e CM75. As curvas granulométricas dos

materiais obtidos neste processo de peneiração são apresentadas na Figura 5-11.

Figura 5-11 – Curvas granulométricas da cinza obtida após 75 minutos de moagem e das cinzas utilizadas na produção de argamassas resultantes da peneiração – CM500, CM250,

CM125, CM75 –.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Mat

eri

al a

cum

ula

do

pas

sad

o [

%]


CPm75

CM500

CM250

CM125

CM75

0,0

63

0,0

75

0,1

25

0,2

50

0

,50

0

1,0

00

2,0

00

54

Figura 5-12 – (a) – Cinza de casca de arroz moída – CM500 –; (b) – Cinza de casca de arroz moída à direita – CM250 –.

Figura 5-13 – (a)– Cinza de casca de arroz moída – CM125 –; (b) – Cinza de casca de arroz moída – CM75 –.

A caracterização das cinzas utilizadas no presente estudo, foi complementada com o recurso a

um laboratório exterior, o CDAC1 da Secil. Os ensaios efectuados neste laboratório consistiram

numa análise química, na determinação da superfície específica e na determinação da

granulometria.

Na Tabela 5-3, enumeram-se as várias amostras analisadas assim como os respectivos

ensaios a que foram sujeitas.

1 CDAC – Centro de Desenvolvimento de Aplicações de Cimento.

55

Tabela 5-3 – Ensaios realizados por tipologia de cinza de casca de arroz.

Amostra de Cinza de Casca de Arroz

Análise Química

Superfície Específica

Análise Granulométrica

C X

X

CP X

CM500

X X

CM250

X X

CM125

X X

CM75

X X

A análise química foi realizada recorrendo ao ensaio de Fluorescência de raio-X (FRX), que

permite a detecção dos constituintes da amostra, através da excitação desta por um feixe de

raios X (Velosa, 2006). Na Tabela 5-4, apresentam-se os resultados das análises químicas

realizadas nas cinzas de casca de arroz comercial (C) e nas cinzas de casca de arroz após a

peneiração no peneiros 500 µm (CP).

Tabela 5-4 – A análise química obtida pelo ensaio de fluorescência de raio-X das cinzas C e CP.

Análise Química

Material C CP

SiO2 44,42 74,54

Al2O3 0,29 0,44

Fe2O3 0,15 0,27

CaO 1,24 2,90

MgO 0,42 0,77

MnO 0,11 0,26

P2O5 0,38 1,28

TiO2 0,04 0,03

Na2O 0,20 0,46

K2O 1,86 4,93

SO3 0,37 0,67

Cl 0,18 0,41

PF 51,77 10,05

Ri - 58,02

A análise química evidencia a vantagem da pré-peneiração efectuada à cinza comercial, uma

vez que se pode constatar um aumento significativo da percentagem de sílica da cinza C para

a CP. Esta diferença justifica-se pelo facto do processo de calcinação utilizado não ser o mais

eficaz, uma vez que este não garantiu uma correcta e uniforme calcinação da casca de arroz,

tendo como consequência uma menor percentagem de sílica amorfa na cinza comercial. Ainda

56

através dos valores obtidos na análise química, constata-se que a cinza CP apresenta uma

percentagem inferior de sílica e uma percentagem superior de óxido de cálcio e óxido de

potássio em relação às cinzas referidas na bibliografia, no subcapítulo 4.3.

A superfície específica foi determinada pelo Método de Blaine, segundo a norma “NP EN 196-6

– Métodos de ensaio de cimentos. Determinação da finura”. Este ensaio que recorreu a um

Permeabilímetro de Blaine consiste em registar o tempo que um volume de ar leva a atravessar

uma camada compacta de cinza. Na Tabela 5-5, são apresentados os valores obtidos pelo

Método de Blaine. Os valores da superfície específica apresentam uma tendência crescente

com o aumento da finura das partículas, com a excepção do valor correspondente à cinza

CM125. Como referido, segundo o trabalho de Metha (1983), conclui que a superfície

específica depende não só da dimensão das partículas como também da rugosidade que lhe

está associada, sendo este factor uma possível justificação da redução do valor da superfície

especifica verificada entre a CM250 e a CM125.

Tabela 5-5 – Superfície específica – Método de Blaine.

Superfície Específica

Amostra Tempo (s) Blaine (cm2/g)

CM500 26,50 6010

CM250 29,91 6385

CM125 26,91 6056

CM75 36,75 7078

A análise granulométrica da cinza de casca de arroz comercial (C) foi realizada pelo método de

peneiração (lavagem e peneiração), cuja curva granulométrica está representada na Figura

5-14.

57

Figura 5-14 – Análise granulométrica da cinza de casca de arroz comercial (C) pelo método de peneiração (lavagem e peneiração).

Para a análise granulométrica das cinzas CM500, CM250, CM125 e CM75 recorreu-se ao

método por difracção laser. Este processo baseia-se na medição da distribuição espacial da

intensidade luminosa provocada pela existência de partículas na trajectória do feixe luminoso,

existindo uma relação entre a intensidade luminosa e o tamanho das partículas que originam o

fenómeno de dispersão. A dispersão depende de vários fenómenos como a reflexão, a

refracção e a difracção do feixe luminoso. Por sua vez, a intensidade da luz dispersa depende

de um conjunto de factores, tais como o tamanho e forma das partículas, do comprimento de

onda, da intensidade do feixe incidente e do índice de refracção da partícula em relação ao

meio no qual está suspensa (Faria-Rodrigues, 2004).

O princípio que rege este ensaio baseia-se na proporcionalidade inversa entre o ângulo de

difracção e a dimensão da partícula, ou seja, uma partícula de grandes dimensões produz um

feixe luminoso com um ângulo de difracção menor mas com uma intensidade superior.

A análise granulométrica por difracção laser é frequentemente utilizada por apresentar uma

metodologia bastante simples e rápida, e por se obter uma boa repetibilidade de resultado. A

distribuição granulométrica obtida é uma distribuição em volume e expressa em percentagem,

como se pode observar na Figura 5-15.

58

Figura 5-15 – Análise granulométrica da cinza CM500, CM250, CM125 e CM75 por difracção laser.

Da análise das curvas granulométricas da Figura 5-15, constata-se que as curvas

correspondentes à cinza CM500 e CM250 apresentam valores muito semelhantes.

Na Tabela 5-5, são apresentados os valores da superfície específica determinados através de

um processo iterativo obtidos pela difracção laser. Saliente-se que este método não é

frequentemente referido na bibliografia.

Estes valores apresentam uma tendência crescente com o aumento da finura das partículas da

cinza, tal como os valores obtidos pelo método de Blaine. Porém, quer a ordem de grandeza

dos valores, quer o valor referente à CM250 são diferentes, sendo que no último a tendência

global é respeitada.

59

Tabela 5-6 – Determinação da superfície específica pela análise granulométrica por difracção laser.

Superfície Específica – Difracção Laser

Amostra Superfície específica

(cm2/g)

CM500 2500

CM250 2600

CM125 2700

CM75 3090

Em anexo, encontram-se os restantes gráficos e valores referentes aos ensaios realizados no

laboratório exterior.

60

61

6 PLANO DE ENSAIOS EXPERIMENTAIS

No presente capítulo, descreve-se o plano de ensaios experimentais assim como os

respectivos procedimentos.

6.1 Considerações gerais

Com o estudo experimental desenvolvido no presente trabalho, pretende-se avaliar a influência

da finura da cinza de casca de arroz nas características de argamassas de cal aérea. O

trabalho experimental foi dividido em duas fases. A primeira fase teve como objectivo definir as

granulometrias da cinza de casca de arroz a utilizar nas argamassas estudadas, através de

uma análise comparativa das resistências mecânicas obtidas. Consideraram-se quatro

argamassas de cal aérea formuladas com cinzas de casca de arroz com granulometrias

distintas, que serviram de referência para a análise da influência da granulometria no

desempenho deste tipo de argamassas. Esta última análise foi desenvolvida posteriormente na

segunda parte do trabalho.

Ao longo do trabalho desenvolvido, além das alterações das características entre cada uma

das argamassas com adição de cinzas de casca de arroz, considerou-se ainda uma argamassa

de cal aérea como argamassa de referência. Refira-se que, na composição da argamassa de

referência, foi utilizada a mesma cal aérea e a mesma areia que utilizada nas argamassas com

cinza de casca de arroz. Procurou-se também manter uma consistência semelhante e a mesma

proporção cal/areia.

Interessa ainda realçar que o presente trabalho se enquadra num projecto de investigação que

tem como objectivo estudar formulações de argamassa de cal aérea com incorporação de

cinzas de casca de arroz com potencial interesse para a aplicação em revestimentos de

paredes de edifícios antigos. Como já foi referido anteriormente, este projecto surge no

seguimento do estudo desenvolvido por Almeida (2008) e foi desenvolvido em parceria com um

estudo intitulado “ Argamassas de cal aérea com adição de cinza de casca de arroz. Influência

das condições de cura” desenvolvido por Marques (2010). Ambos os trabalhos tiveram em

comum uma primeira fase, onde foram definidas as granulometrias da cinza de casca de arroz

a utilizar no desenvolvimento de ambas as dissertações.

A cal aérea utilizada é uma cal cálcica, hidratada, tipo CL 90, produzida pela empresa

CALCIDRATA. A cinza de casca de arroz utilizada é produzida pela empresa CINCÁS e o

agregado é uma areia fina de rio, de massa volúmica corrente e de natureza siliciosa. Foi

utilizada a água potável da rede de distribuição pública.

62

O traço de cada uma das argamassas de cal aérea com adição de cinza de casca de arroz foi

mantido constante ao longo de todo o trabalho, independentemente da variação da

granulometria das cinzas utilizadas. Para estas argamassas, considerou-se um traço ponderal

da ordem de 1:2:8, baseado em algumas disposições estabelecidas na ASTM 593-06 (2006).

Com base neste traço, em cada amassadura foram utilizadas as seguintes quantidades: 180g

de cal aérea, 360 g de cinza de casca de arroz e 1480 g de areia de rio. Para a argamassa de

cal aérea de referência, considerou-se um traço ponderal de 1:8, correspondendo a 180 g de

cal aérea e 1480 g de areia de rio.

Em relação à quantidade de água utilizada nas formulações das diferentes argamassas, o

critério baseou-se na obtenção de uma consistência semelhante. Foi considerado um

espalhamento de referência foi 165 ± 5 mm, tendo sido avaliado segundo a norma EN 1015:3

(1999), como se refere no subcapítulo 6.5.1. Como já se mencionou anteriormente, a areia foi

previamente seca em estufa a 105 ºC.

Os trabalhos experimentais foram realizados no Laboratório de Construção de DECivil, do

Instituto Superior Técnico.

6.2 Descrição do plano de ensaios

O objectivo do presente estudo consiste em analisar a influência da finura de uma cinza de

casca de arroz na reactividade pozolânica, com base na avaliação da resistência mecânica de

argamassas de cal aérea com adição de cinzas de casca de arroz com diferentes

granulometrias.

6.2.1 Primeira fase do trabalho experimental

Nesta primeira fase do trabalho experimental, procedeu-se a preparação e caracterização dos

materiais constituintes das diferentes argamassas. Indicam-se seguidamente os ensaios de

caracterização que foram realizados em cada material, bem como os processos de preparação

efectuados nas cinzas.

Areia:

o Análise granulométrica da cinza comercial;

o Baridade.

Cinza de casca de arroz:

o Análise granulométrica da cinza recebida;

o Peneiração da cinza recebida de forma a obter material passado no peneiro de

0,500 mm de abertura. Realização de nova análise granulométrica;

63

o Moagem da cinza passada no peneiro 0,500mm com o recurso a um moinho

de bolas do ensaio de Los Angeles;

o Fraccionamento da cinza com as granulometrias pretendidas.

Após a preparação dos materiais constituintes, realizou-se um conjunto de amassaduras com o

objectivo de se definir as granulometrias de cinza a utilizar. A quantidade de água da

amassadura foi determinada de modo a se obter o volume de espalhamento pré-definido de

165 mm.

Nesta primeira fase produziram-se três provetes para cada uma das amassaduras formuladas

com as diferentes cinzas. Através da sua caracterização da mecânica aos 14 dias de idade

(subcapítulo 6.6.1.1), foi possível determinar as granulometrias de cinza a utilizar e

consequentemente, a determinação das argamassas a estudar.

A Figura 6-1 seguinte ilustra a sequência de ensaios realizados na primeira parte do trabalho.

Figura 6-1 – Ensaios mecânicos e número de provetes que foram efectuados sobre cada composição na primeira fase do trabalho.

6.2.2 Segunda fase do trabalho experimental

A segunda fase da campanha experimental teve como objectivo avaliar a influência da

granulometria das cinzas de casca de arroz nas características das argamassas de cal aérea.

No estado fresco, foram efectuados os seguintes ensaios de caracterização: avaliação da

consistência por espalhamento, retenção de água, massa volúmica aparente e exsudação.

Para a caracterização das argamassas no estado endurecido foi realizada a caracterização

mecânica e física dos provetes (prismáticos e camada de revestimento aplicada em tijolos) aos

28 dias de idade.

1 Amassadura / Argamassa

3 Provetes

3 Provetes - Flexão

6 Metades - Compressão

64

Na Figura 6-2 e na Figura 6-3 apresentam-se de forma esquemática os ensaios realizados em

cada uma das argamassas estudadas, assim como o número de provetes prismáticos e de

tijolos (camada de revestimento) utilizados nos respectivos ensaios.

Figura 6-2 – Esquema de ensaios dos provetes prismáticos realizados na segunda fase do trabalho.

2 Amassaduras/Argamassa

6 Provetes/ Argamassa

5 Provetes

5 Provetes Ultra-Sons

5 Provetes Flexão

2 Metades Porosidade

2 Metades Secagem

6 Metades Espessura Carbonatada

6 Metades Compressão

1 Provete Capilaridade

65

Figura 6-3 – Esquema de ensaios realizados sobre os provetes constituídos por uma camada e acabamento aplicado tijolos cerâmicos.

6.3 Caracterização das argamassas estudadas

Como referido anteriormente, efectuou-se um tratamento prévio da cinza de casca de arroz,

tendo-se procedido à sua peneiração e moagem. Deste processo resultaram as cinzas com

granulometrias segregadas, nomeadamente CM500, CM250, CM125 e CM75. As argamassas

de cal aérea com a adição de cada uma destas cinzas designaram-se, respectivamente, por

A500, A250, A175 e A75. Além das argamassas mencionadas, produziu-se também uma

argamassa de referência, exclusivamente à base de cal aérea, que se designou por CAL.

Refira-se que o traço volumétrico apresenta uma maior aproximação à realidade da obra.

Porém, uma vez que a maioria dos estudos laboratoriais desenvolvidos com o recurso a

argamassas relacionam as quantidades de composições em massa, não só porque se obtêm

um maior rigor e mas também porque se garante uma melhor repetibilidade entre a produção

das diferentes argamassas.

Na Tabela 6-1 apresentam-se as composições das argamassas que foram estudadas

experimentalmente.

Visto que as argamassas de cal aérea com adições pozolânicas apresentam variações nas

suas características mecânicas ao longo do tempo, optou-se por efectuar a sua caracterização

aos 14 e aos 28 dias de idade. Considerando ainda que o processo de endurecimento das

argamassas de cal aérea se processa de um modo diferente do que o das argamassas de cal

aérea e cinzas de casca de arroz, também se efectuaram curas em diferentes condições

higrotérmicas.

6 Amassaduras/Argamassas

3 Tijolos (camada de revestimento)

1 Tijolo - Ultra-Sons 1 Tijolo - Esclerómetro Pendular

1 Tijolo - Método do Cachimbo

66

Tabela 6-1 – Composições das argamassas estudadas experimentalmente.

Designação da

Argamassa

Traço ponderal

Água/mistura ligante*

*(cal + cinza)

Espalhamento [mm]

CAL

Cinza de Casca de Arroz Areia

de rio

CM 500

CM 250

CM 125

CM 75

Cal 1

8 1,83 162

A500 1 2

8 1,15 162

A250 1

2

8 1,15 163

A125 1

2

8 1,14 162

A75 1

2 8 1,09 167

6.4 Produção das argamassas e preparação dos provetes

6.4.1 Produção da argamassa

A primeira etapa para a produção das argamassas é a pesagem dos seus constituintes sendo

utilizada uma balança com 0,01 g de precisão.

Para efectuar a amassadura foi necessário utilizar um conjunto de utensílios tais como a

balança, tabuleiros metálicos para pesar e misturar os diferentes componentes, sacos de

plástico para separar e guardar o material sólido, recipiente para a pesagem da água de

amassadura, um misturador mecânico (marca RMU - Resistenze Machine Unificate), um

raspador de borracha e uma colher de pedreiro.

Após a pesagem, efectua-se a mistura de cinza de casca de arroz com a cal. Esta mistura é

realizada manualmente no interior de um tabuleiro metálico com uma colher de pedreiro.

Efectua-se este procedimento, por se ter verificado na primeira fase experimental que quando

se ligava a misturadora, ocorria uma significativa libertação de poeira proveniente das cinzas. A

introdução deste procedimento reduziu significativamente este efeito.

A mistura prévia do ligante (cal+cinzas) é então colocada na cuba do misturador mecânico

seguindo-se a adição de água. Posteriormente, é colocado no interior da cuba, a quantidade de

água previamente determinada pelo ensaio de consistência.

A amassadura é realizada com o modo de funcionamento automático da misturadora, sendo os

tempos afectos às diversas operações controlados pela máquina.

Durante o período inicial de amassadura cuja duração é de 30 segundos com movimento de

rotação lento, enquanto se procede à mistura dos ligantes com a água, introduz-se a areia.

67

Findo este período inicial de mistura, o misturador aumenta a velocidade de rotação e efectua a

mistura durante mais 30 segundos. Após este período, pára durante 75 segundos. Nos

primeiros 15 segundo do tempo de repouso, utiliza-se o raspador de plástico e a colher de

pedreiro e remove-se o material que aderiu às faces laterais da cuba. Por fim, o misturador

retoma o movimento rápido durante 60 segundos, finalizando a amassadura.

Seguidamente, procedeu-se à avaliação da consistência por espalhamento, de acordo com o

procedimento descrito em 6.5.1.

68

a)

b)

c)

d)

e)

f)

g)

h)

i)

j)

l)

m)

Figura 6-4 – Sequência de procedimentos da produção de argamassa. (a) – Preparação previa dos constituintes; (b;c) – Pré-mistura manual dos ligantes; (e;f) – Período inicial de

amassadura; (g;h) – Introdução de areia; (i) – Remoção do material das faces laterais; (j;m) – Período final da amassadura.

69

6.4.2 Produção dos provetes prismáticos

A preparação dos provetes prismáticos baseou-se nos procedimentos dispostos na NP EN

196:1. Foram utilizados moldes de aço, que permitem a execução de três provetes prismáticos

com 160 x 40 x 40 [mm3].

Começa-se por untar as superfícies do molde com um óleo mineral, que serve de material

descofrante. Seguidamente, posiciona-se o molde no compactador e fixa-se este ao

compactador. Coloca-se a alonga sobre o molde, que serve de guia à introdução da argamassa

em cada compartimento do molde.

O enchimento do molde é realizado em duas fases com o recurso a uma colher de pedreiro,

operação esta composta por duas fases. Na primeira fase enchem-se os três compartimentos

do molde até meia altura e distribui-se a argamassa de um modo uniforme com a ajuda de uma

espátula metálica. De seguida, liga-se o aparelho de compactação e aplicam-se 60 pancadas.

Na segunda fase, completa-se o enchimento dos moldes e regulariza-se a superfície da

argamassa novamente com o recurso a uma espátula metálica, esta de dimensões inferiores,

seguindo-se o processo de compactação com novamente 60 pancadas

Concluída a compactação dos provetes, retira-se o molde do compactador, remove-se a

argamassa em excesso e regulariza-se a superfície com uma colher de pedreiro através do

“movimento vai e vem”.

Por fim, identifica-se o molde com a designação da argamassa e a data de amassadura.

Segundo o procedimento definido na ASTM 593-06 (2006), os provetes devem permanecer nos

moldes durante os primeiros 7 dias numa câmara de vapor de água a 54 ± 2 ºC. Aos 7 dias de

idade, desmoldam-se os provetes que devem ser depois conservados num ambiente com 23 ±

2 ºC e com a humidade relativa entre 95 e 100 % até à data do ensaio.

Já segundo o “Caderno de Encargos para o Fornecimento e Recepção de Pozolanas”, anexo

ao (R.B.L.H., 1991), os provetes devem permanecer nos moldes apenas durante um período

entre as 24 e as 72h, num ambiente controlado com a temperatura a 20 ºC ± 1 ºC e com a

humidade relativa a 95 %, devendo os moldes estarem cobertos com uma chapa metálica.

Após este período, os provetes devem ser retirados dos moldes e mantidos dentro de água à

mesma temperatura até à data do ensaio.

A metodologia de cura adoptada no presente estudo consistiu em colocar os moldes com os

provetes de argamassa com adição de cinza de casca de arroz numa câmara com a humidade

70

relativa de 95 a 100 % e com a temperatura de 20 ± 2 ºC. Os provetes foram desmoldados aos

dias de idade e mantidos no mesmo ambiente.

Para o caso das argamassas unicamente à base de cal aérea, os respectivos moldes foram

colocados numa câmara com uma humidade relativa de 65 ± 5 % e temperatura de 23 ± 2 ºC.

Foi necessário proceder a esta alteração de metodologia para este último caso, uma vez que o

endurecimento das argamassas exclusivamente à base de cal aérea se realiza apenas por

carbonatação. Este processo depende da difusão do dióxido de carbono na argamassa, o que

se torna bastante mais difícil em ambientes saturados. Os provetes foram também

desmoldados aos 7 dias de idade e mantidos no mesmo ambiente.

Figura 6-5 – Sequência de procedimentos da preparação dos provetes prismáticos: (a) – Aparelho de compactação mecânica; (b;e) – Colocação da argamassa; (f) – Colocação dos

moldes em câmara saturada.

a)

b)

c)

d)

e)

f)

71

6.4.3 Aplicação da camada de revestimento sobre tijolos

Como referido, foram produzidos provetes constituídos por uma camada de revestimento com

1,5 cm de espessura aplicada sobre tijolos cerâmicos com as seguintes dimensões: 30 x 20 x

11 [cm3].

Utilizou-se uma cofragem lateral em madeira. Este suporte já tinha sido utilizado em outros

trabalhos e permite a aplicação da argamassa no suporte de tijolo, com o acabamento e

dimensões pretendidas.

Para evitar ou minimizar a absorção de água da amassadura por parte do tijolo, efectua-se

uma molhagem prévia da superfície com recurso a um borrifador de água, pulverizado-se por

20 vezes a superfície.

A argamassa é aplicada com o auxílio de uma colher de pedreiro, aplica-se a argamassa

contra a superfície do tijolo a revestir, exercendo uma forte pressão para garantir uma boa

adesão entre a superfície do tijolo e a respectiva argamassa. Preenchido o molde, procede-se

à regularização da superfície com uma colher de pedreiro de maior dimensão, efectuando

“movimentos de vai e vem”.

Uma vez que a utilização do molde tem como único objectivo a garantia de uma camada de

espessura uniforme com determinadas dimensões, a desmoldagem é efectuada no momento

em que a argamassa se apresenta suficientemente endurecida, o que acontece 1 hora após a

aplicação da argamassa.

Em relação à condição de cura das camadas de revestimento, adopta-se as mesmas

condições de cura das aplicadas nos provetes prismáticos.

72

a)

b)

c)

d)

e)

f)

g)

h)

i)

Figura 6-6 – Sequência de procedimentos da preparação da camada de revestimento em tijolos. (a) – Molde e tijolo; (b;e) – Aplicação da argamassa; (f) – Regularização da camada de

revestimento; (g;i) – Desmoldagem.

6.5 Caracterização das argamassas no estado fresco

A caracterização das argamassas no estado fresco foi realizada em todas as amassaduras

produzidas. Esta caracterização foi efectuada imediatamente após a sua produção e consistiu

73

na avaliação da consistência por espalhamento, capacidade de retenção de água,

determinação de massa volúmica e, por fim, a avaliação da exsudação.

6.5.1 Avaliação da consistência por espalhamento

Este ensaio é efectuado na mesa de espalhamento recorrendo-se a um molde metálico de

forma tronco cónica com 7 × 10 × 5 [cm]

Este ensaio teve como objectivo acertar e uniformizar a trabalhabilidade das formulações a

ensaiar, assim como garantir a reprodutibilidade de amassaduras quanto à influência da

quantidade de água. O procedimento de ensaio utilizado foi baseado na técnica descrita na EN

1015:3 (1999). Limpa-se previamente as paredes do molde metálico e a superfície da mesa de

espalhamento com um pano humedecido e tendo-se o cuidado de procurar humedecer de igual

maneira o equipamento antes de todos os ensaios.

A amostra é cuidadosamente agitada com uma colher de pedreiro. Coloca-se o molde no

centro da mesa e mantendo este nessa posição, procede-se ao enchimento do mesmo em

duas fases. Cada fase corresponde a preencher metade do volume, que se compacta com 10

golpes por apiloamento de um varão de aço de 22 cm de comprimento e 12 mm de diâmetro. O

preenchimento da segunda fase termina com excesso de argamassa à superfície do molde

para que depois da compactação, seja possível rasar a superfície do mesmo, com o auxílio de

uma colher de pedreiro, através do “vai e vem”. Depois desta fase, limpam-se todos os

fragmentos de argamassas que estejam sobre a mesa bem como toda a água que possa surgir

na base do cone. Retira-se finalmente o cone metálico com um movimento firme e vertical e

acciona-se o volante da mesa de espalhamento, aplicando-se 15 pancadas em 15 segundos.

Por fim, avalia-se o diâmetro d [mm] da argamassa espalhada, segundo os três eixos

concêntricos marcados na mesa de espalhamento.

O resultado do ensaio de espalhamento é expresso em percentagem e é obtido através da

expressão:

[6-1]

em que ∑

[mm].

74

a)

b)

c)

d)

e)

g)

h)

i)

j)

Figura 6-7 – Sequência de procedimentos realizados para a avaliação da consistência por espalhamento. (a) – Colocação de argamassa no molde; (b) - Compactação; (c;d) –

enchimento do molde; (e) – Alisamento da superfície; (g) – Limpeza da mesa de espalhamento; (h;i) – Argamassa; (j) – Medição com craveira.

75

6.5.2 Retenção de água

Este ensaio teve como objectivo estimar a quantidade de água que as diferentes argamassas

são capazes de reter. A metodologia adoptada foi baseada na técnica descrita na EN 1015:8

(1998). Na Figura 6-8 apresenta-se o esquema do ensaio.

Figura 6-8 – Esquema de ensaio da retenção de água (EN1015-8, 1998).

Inicialmente pesa-se o molde limpo e seco (m1) e um conjunto de folhas de papel de filtro secas

de modo que perfaçam uma espessura de 2 mm (m2). Mistura-se a amostra de argamassa com

uma colher de pedreiro durante 5 segundos, de modo a homogeneíza-la. Com o recurso a uma

espátula, preenche-se o molde com 10 porções de argamassa. Teve-se o cuidado de colocar

argamassa em excesso de modo a possibilitar a regularização da superfície com o recurso a

uma colher de pedreiro, através do “movimento de vai e vem”. Para efectuar este alisamento

da superfície da argamassa, posiciona-se a colher a 45 graus, de modo a remover mais

facilmente o excesso de argamassa. Seguidamente, pesa-se o molde com a argamassa (m3).

Posteriormente, cobre-se a argamassa com uma gaze para evitar que esta adira ao conjunto

de folhas de papel de filtro. Inverte-se o conjunto e coloca-se sobre um tabuleiro metálico.

Seguidamente, posiciona-se um peso de 2 kg sobre o conjunto durante 5 minutos (± 10

segundos) com o objectivo de comprimir o conjunto. Terminado esse intervalo de tempo, retira-

se o peso e coloca-se o conjunto na posição inicial, registando-se o peso do papel de filtro

húmido (m4).

O cálculo da água retida na argamassa, WRV, expressa em percentagem de água total nela

presente antes do ensaio, é obtida através da seguinte expressão:

76

[

(

) ]

[6-2]

em que:

mágua – massa de água utilizada na argamassa colocada no molde [g];

margamassa – massa de argamassa [g];

m1 – massa do molde seco e limpo [g];

m2 – massa do papel de filtro seco [g];

m3 – massa do molde com a argamassa [g];

m4 – massa do papel de filtro húmido [g].

a)

b)

Figura 6-9 – Avaliação da retenção de água. (a) – Preparação do material; (b) – Ensaio de retenção de água.

6.5.3 Determinação da massa volúmica aparente

Este ensaio teve como objectivo avaliar a massa volúmica aparente das argamassas no estado

fresco. Esta massa pode ser definida pelo quociente da massa de argamassa pelo volume por

esta ocupada em determinadas condições de compactação. Todo este processo foi baseado

nas técnicas descritas pela EN 1015:6 (1998).

Começa-se por determinar a massa do recipiente metálico, m1 cuja capacidade, V, é de 1 dm3.

Preenche-se o recipiente com argamassa em três camadas, compactando cada camada com

15 pancadas de um varão de compactação com 22 cm de comprimento e 12 mm de diâmetro.

77

Rasa-se a superfície do recipiente com a colher de pedreiro, limpa-se o exterior do recipiente e

determina-se a massa do conjunto, m2.

A massa volúmica aparente pode então ser determinada por:

[6-3]

sendo:

m2 – massa do conjunto;

m1 – massa do recipiente metálico;

V – capacidade do recipiente metálico.

a)

b)

c)

d)

e)

f)

Figura 6-10 – Sequência de procedimentos realizados para a determinação da massa volúmica aparente.(a) – Colocação de argamassa no recipiente; (b;c) – Compactação da argamassa;

(d;e) – Alisamento da superfície; (f) – Determinação da massa do conjunto.

78

6.5.4 Exsudação

Neste ensaio, pretende-se avaliar a quantidade de água exsudada pelas argamassas. Segundo

Coutinho (2006), esta característica deve entender-se como a tendência da água em separar-

se dos restantes constituintes da argamassa, podendo a exsudação ser considerada como um

caso particular da segregação. Tal fenómeno reflecte-se na quantidade de água que aflui à

superfície da argamassa no estado fresco (Coutinho, 2006).

O procedimento adoptado foi baseado na proposta em Coutinho (2006).

Para realizar este ensaio, recorre-se a uma proveta cilíndrica de vidro transparente, com 100

ml de capacidade, 25 mm de diâmetro e uma altura de 250 mm. Com o auxílio de uma colher

de pedreiro, coloca-se a argamassa no interior da proveta de modo a que o volume final, V,

esteja compreendido entre 95 e 100 ml. Para a determinação deste volume não se teve em

conta o menisco. Seguidamente, veda-se o topo da proveta recorrendo a uma película

aderente de modo a evitar a evaporação da água e espera-se três horas. Após este repouso,

mede-se o volume da lâmina líquida de água que surge à superfície da argamassa, V1.

A exsudação pode ser quantificada através da seguinte expressão:

[6-4]

sendo:

V1 – volume da lâmina líquida de água;

V – volume total de argamassa colocada no interior da proveta.

79

a)

b)

c)

Figura 6-11 – Sequência de procedimentos realizados para a determinação da exsudação. (a) – Proveta com argamassa isolada; (b) – Argamassa em repouso; (c) – Determinação da lâmina

liquida de água.

6.6 Caracterização das argamassas no estado endurecido

No presente capítulo, descrevem-se os procedimentos dos ensaios para a avaliação das

características das argamassas no estado endurecido.

6.6.1 Características mecânicas

6.6.1.1 Resistência à flexão e à compressão

Para a determinação da resistência à flexão e à compressão foi utilizada uma Máquina

Universal de Ensaio, Form Test – Seider, modelo D-7940. Os procedimentos utilizados foram

baseados nas indicações da norma EN 1015-11 (1999).

Na colocação dos provetes na máquina de ensaio existe o cuidado de os posicionar de modo a

garantir que as faces de moldagem fiquem em contacto com a máquina.

Para o ensaio de flexão, cada provete é colocado na máquina sobre os cilindros de apoio de de

forma centrada e com o eixo longitudinal paralelo ao eixo do suporte.

Seguidamente, liga-se a máquina e faz-se descer o cutelo até estabelecer contacto com o

provete. Segue-se a aplicação de uma força gradualmente crescente, de modo contínuo e sem

choques, ao ritmo de 50 ± 10 N/s, até se atingir a rotura do provete. O valor da força de rotura

[N] é registado pela máquina. O valor da tensão da rotura à flexão, expresso em MPa, pode ser

dado pela seguinte expressão:

80

[6-5]

em que:

Ff – carga de rotura à tracção por flexão [N];

Lf – distância entre os apoios inferiores [100 mm];

b – largura da base do provete [40 mm].

Utilizando os meios-primas resultantes do ensaio de flexão, procede-se à realização do ensaio

de compressão. Cada provete é posicionado de forma centrada no prato inferior da máquina

ficando uma das faces de moldagem em contacto com o prato. Após este procedimento inicial,

liga-se a máquina e faz-se descer o prato superior até que este estabeleça contacto com a face

superior do provete. Seguidamente, aplica-se uma força gradualmente crescente, de modo

contínuo e sem choques, até à rotura do provete. O equipamento de ensaio regista o valor da

carga máxima aplicada [N].

A tensão de rotura à compressão de cada provete pode ser determinada pela seguinte

expressão:

[6-6]

em que:

Rc – tensão de rotura à compressão [MPa];

Fc – carga da rotura à compressão [N];

S – área de aplicação da carga (40 × 40 mm) [mm2].

81

a)

b)

c)

d)

e)

f)

Figura 6-12 – Determinação da resistência à flexão e à compressão. (a) – Máquina de ensaio; (b) – Provetes a ensaiar; (c;d) – Ensaio de resistência à flexão; (e;f) – Ensaio de resistência à

compressão.

6.6.1.2 Determinação da velocidade de propagação de ultra-sons

A velocidade de propagação dos ultra-sons foi determinada em todos os provetes utilizados

nos ensaios de resistência à flexão e à compressão, assim como nas camadas de revestimento

aplicadas em tijolos.

Utilizou-se um aparelho portátil cuja designação comercial é Pundit (Portable Ultrasonic

Nondestructive Digital Indicating tester) fabricado pela CNS Electronics. Este equipamento

inclui dois transdutores de 54 KHz, cada um com 5 cm de diâmetro, sendo um emissor e o

outro receptor.

A avaliação da velocidade de propagação de ultra-sons nos provetes é efectuada pelo método

directo enquanto que nas camadas de revestimento é utilizado o método indirecto.

82

O ensaio inicia-se pela calibração do aparelho, garantindo-se que o tempo obtido na barra de

calibração seja de 25 μs. Para garantir um melhor contacto aplica-se pasta de dentes nas duas

extremidades da barra de calibração e encosta-se o emissor e o receptor nos respectivos

topos. De seguida regula-se o aparelho até se obter a leitura de 25 μs.

Após a calibração do aparelho efectuam-se as medições sobre os provetes prismáticos

utilizando-se o método directo. Começa-se por aplicar a massa de contacto nos topos dos

provetes e seguidamente encostam-se os transdutores de forma centrada e registam-se o

tempo de propagação. Este processo é repetido três vezes em cada provetes.

Registados os valores, a velocidade de propagação dos ultra-sons, vi, é determinada pela

seguinte expressão:

[6-7]

em que:

vi – velocidade de propagação de ultra-sons [m/s];

si – distância percorrida [m];

ti – tempo de percurso [μs].

a)

b)

c)

Figura 6-13 – Calibração do aparelho e medição directa em provetes prismáticos. (a) – Equipamento; (b;c) – Realização do ensaio de velocidade de propagação de ultra-sons.

A medição da velocidade de propagação de ultra-sons nas argamassas aplicadas como

camada de revestimento sobre os tijolos foi efectuada pelo método indirecto.

83

Começa-se por marcar na superfície do revestimento os pontos onde devem ser colocados os

transdutores. Uma vez que se pretendeu determinar a velocidade de propagação em vários

pontos com afastamentos distintos entre o emissor e o receptor, são marcados pontos no perfil

de ensaio com afastamentos de 6, 7, 9, 11, 1, 15 e 17 cm.

Também neste ensaio é garantida a calibração do material através do procedimento

anteriormente referido e também é utilizada pasta de dentes como massa de contacto, que

serve para regularizar a superfície da argamassa, preenchendo assim todas as irregularidades

que esta apresentava.

Foram também efectuadas três medições em cada uma das distâncias acima referidas.

Para o cálculo da velocidade de propagação de ultra-sons pelo método indirecto recorre-se a

uma dromocrónica, que segundo Ferreira são gráficos do espaço em função do tempo de

propagação sendo a velocidade calculada a partir do declive da recta ajustada (Ferreira Pinto,

1993).

84

a)

b)

c)

d)

e)

f)

Figura 6-14 – Calibração do aparelho e medição indirecta em provetes constituídos por argamassa aplicada como camada de revestimento em tijolos. (a) – Calibração do equipamento; (b) – regularização da superfície de contacto; (c;d) – Colocação dos

transdutores; (e;f) – Medição do tempo de propagação da onda.

6.6.1.3 Determinação da dureza superficial – Esclerómetro Pendular

Este ensaio tem como finalidade avaliar as características mecânicas do material de um modo

indirecto. Este ensaio consiste em provocar um choque de uma massa conhecida na superfície

do material de revestimento medindo-se a quantidade de energia recuperada no ressalto da

massa. O resultado permite obter um índice de dureza da superfície em estudo que é lido

numa escala graduada acoplada ao equipamento de ensaio. Quando se efectua este ensaio

em materiais mais brandos, o ressalto será menor, uma vez que a energia absorvida pela

superfície em estudo será maior (Magalhães et al., Maio de 2003).

O aparelho que se utilizou para a determinação da dureza superficial foi um esclerómetro

pendular da marca Porceq – Original Schmith Hammer, modelo tipo PT, adequado para um

domínio de resistência entre 0,2 e 5 MPa, transmitindo uma energia de impacto de 0,883 Nm6.

85

Tal como no ensaio da determinação da velocidade de ultra-sons, também aqui é necessário

marcar os pontos em que se efectua o ensaio. Dividiu-se a superfície da camada de

revestimento em duas áreas iguais para que cada tijolo tenha duas zonas de ensaio distintas.

De seguida, define-se em cada zona de ensaio, cinco marcações principais e quatro

marcações secundárias intercalares, sem que nenhuma esteja sobreposta.

É importante garantir a verticalidade da superfície de ensaio, assim como garantir um correcto

contacto entre a superfície do revestimento e o esclerómetro. Finalmente, acciona-se o

aparelho soltando-se a massa e provocando um impacto na superfície em estudo, seguindo-se

a leitura do valor. Primeiramente, efectua-se este procedimento nos cinco pontos principais e

só depois é que se efectua o estudo nos quatro pontos secundários.

Para a determinação da dureza superficial calcula-se o valor do índice esclerométrico médio,

Rm, e correlaciona-se este valor com os valores de resistência à compressão das argamassas

estudadas.

a)

b)

Figura 6-15 – Determinação da dureza superficial – Esclerómetro Pendular. (a) – Ensaio de esclerómetro nos pontos principais; (b) – Ensaio de esclerómetro em pontos secundários.

6.6.2 Avaliação das características físicas

6.6.2.1 Determinação da absorção de água por capilaridade

O ensaio da absorção de água por capilaridade foi realizado com o objectivo de avaliar uma

possível influência da incorporação de cinzas de casca de arroz com diferentes granulometrias

na absorção de água das argamassas em estudo. Este ensaio baseou-se nos procedimentos

da EN 1015-18 (2002).

86

Em primeiro lugar é necessário secar os provetes numa estufa ventilada a 60 ± 5 ºC, até que

estes atingem massa constante, isto é, uma diferença de 0,2 % na massa entre duas pesagens

com 24 horas de intervalo. Seguidamente arrefecem-se os provetes para que fiquem à

temperatura ambiente. Colocam-se os provetes no interior de um exsicadores com sílica gel no

interior para que não ocorra ganho de humidade. O arrefecimento foi realizado durante 24

horas. Pesam-se então os provetes, m1 e marca-se uma altura de 5 mm a partir de uma das

bases e colocam-se na vertical sobre varetas de vidro no interior de um tabuleiro metálico. As

varetas têm como objectivo possibilitar o contacto da base dos provetes com a água. Coloca-se

finalmente a água no tabuleiro até que esta atinja uma altura de 5 1 mm acima da base dos

provetes.

Procede-se à pesagem dos provetes (m2) ao longo do tempo, ti. O ensaio foi separado em duas

fases. Na primeira efectuaram-se pesagens aos 5 min, 15 min, 15 min, 30 min, 1 h, 1 h 30 min,

2 h, 3 h e na segunda foram realizadas pesagens diárias (24 h). Antes de cada pesagem,

procede-se à limpeza do provete com um pano húmido, de modo a retirar a água superficial.

Como complemento destas pesagens, registam-se também as alturas da ascensão de água.

Durante o ensaio, os provetes, e o tabuleiro são mantidos cobertos com uma campânula para

evitar a evaporação de água.

Os provetes são reintroduzidos na água, de forma inclinada com um ângulo de 45º para que

não fiquem bolhas de ar na sua base.

A quantidade de água absorvida por capilaridade, m i, obtém-se a partir da seguinte expressão:

[6-8]

em que:

mi - quantidade de água absorvida por capilaridade ao fim do tempo i [kg/m2];

m1 – massa do provete seco, no inicio do ensaio [kg];

m2 – massa do provete após um determinado intervalo de tempo i [kg];

A – área da face de contacto com a água [0,0016 m2].

Finalmente, traça-se um gráfico com os valores da quantidade de água absorvida por

capilaridade por unidade de superfície, em função da raiz quadrada do tempo expresso em

segundos, t0,5

.

87

Através do coeficiente angular do troço inicial da referida curva, retira-se o coeficiente de

absorção por capilaridade, expresso em kg/m2.s

0,5. Este coeficiente representa a velocidade de

absorção capilar no período inicial. O valor assimptótico do gráfico, expresso em kg/m2, traduz

a quantidade total de água absorvida. O ensaio foi terminado quando a diferença entre duas

pesagens consecutivas não excedeu 0,2% da massa inicial do provete.

a)

b)

c)

Figura 6-16 – Sequência do ensaio de absorção de água por capilaridade. (a;b) – Posicionamento dos provetes; (c) – Realização do ensaio.

6.6.2.2 Determinação da porosidade aberta

Os procedimentos para a realização deste ensaio basearam-se nas técnicas descritas em

RILEM I.1 (1980)

A preparação dos provetes para este ensaio foi idêntica à efectuada no ensaio de absorção

capilar. Os provetes são submetidos a uma secagem numa estufa ventilada a 60 ºC até

atingirem a massa constante, sendo posteriormente colocados num exsicador contendo sílica

gel até atingirem a temperatura ambiente.

No final desta primeira fase, pesam-se os provetes, m1, com recurso a uma balança de

precisão 0,01 g. Colocam-se novamente os provetes no interior de um exsicador, desta vez

sem conter sílica gel e fecha-se hermeticamente. Com uma bomba de vácuo, baixa-se a

pressão até 20 mmHg e deixam-se permanecer os provetes neste ambiente durante 24 horas,

com o objectivo de retirar o ar do interior dos poros. Findo este período, introduz-se lentamente

(mínimo de 15 minutos) água até à imersão total dos provetes, deixando estes submersos por

24 horas à mesma pressão (20 mmHg). Findo esse período de 24 horas, desliga-se a bomba

de vácuo e permite-se a entrada de ar no exsicador. Mantendo-se os provetes neste ambiente

por mais 24 horas.

88

Terminada esta segunda fase, retiram-se os provetes do exsicador e efectua-se uma pesagem

hidrostática, m2. Foi utilizada uma balança com 0,01 g de precisão. Seguidamente, limpam-se

as superfícies dos provetes com um pano húmido, de modo a retirar a água livre em excesso, e

determinam-se as massas saturadas m3.

A porosidade aberta é determinada pela seguinte fórmula:

[6-9]

onde:

Pab – porosidade aberta [%];

m1 – massa seca de cada provete [g];

m2 – massa resultante da pesagem hidrostática [g];

m3 – massa saturada de cada provete [g].

A massa volúmica real e a massa volúmica aparente determinam-se de acordo com as

equações [6-10] e [6-11], respectivamente:

⁄

[6-10]

⁄

[6-11]

89

a)

b)

Figura 6-17 – determinação da porosidade aberta. (a) – Exsicador ligado a bomba de vácuo; (b) – Esquema de ensaio (pesagem hidrostática)

6.6.2.3 Determinação da absorção de água sob baixa pressão – Método do

cachimbo

Este ensaio teve como objectivo determinar um coeficiente de absorção, que representa a

quantidade de água absorvida numa dada área e num determinado intervalo de tempo.

Ungericht (2002) no seu estudo (coluna de água com 92 mm), usou este ensaio com o intuito

de avaliar a permeabilidade de um revestimento de argamassa num material poroso, como o

tijolo, simulando assim a acção estática de um vento com velocidade de 140 km/h.

Na realização deste ensaio, também conhecido por ensaio de tubo de Karsten, seguem-se as

recomendações da RILEM – Test No. II.4. Em cada tijolo, são aplicados três cachimbos em

áreas previamente definidas. Para fixar os cachimbos à argamassa, utiliza-se uma massa de

contacto (neste caso, mástique), tendo o cuidado em não obstruir a superfície livre da boca dos

cachimbos. Inicia-se então o ensaio, introduzindo-se água com o cachimbo inclinado, modo a

impedir a formação de bolhas de ar. Coloca-se água até atingir a graduação 0 cm3 e acciona-

se o cronómetro.

Seguidamente, regista-se a quantidade de água absorvida ao longo do tempo, com leituras

feitas aos 15 seg, 30 seg, 1 min, 1,5 min, 2 min, 3 min, 4 min, 5 min, 7 min, 10 min, 12 min,15

min, 30min e 60 min. O fim do ensaio define-se quando se atinge 60 minutos de ensaio ou

quando são absorvidos 4 cm3 de água.

O coeficiente médio de absorção de água sob baixa pressão, Cabs, determina-se através da

seguinte expressão:

90

[6-12]

sendo:

Cabs - Coeficiente médio de absorção sob baixa pressão [g/cm2];

m – massa de água absorvida em cada instante [g];

A – área de absorção [5,7 cm2].

Figura 6-18 – Ensaio de absorção de água sob baixa pressão

6.6.2.4 Avaliação da cinética de secagem

O presente ensaio avalia a redução da massa das argamassas devido à evaporação de água.

Segundo Veiga, a presença de água num material de revestimento ou no seu suporte pode

resultar da penetração por permeabilidade ou por capilaridade, dependendo da dimensão dos

poros e dos capilares, bem como da pressão da água (Veiga, 1997).

Para a realização deste ensaio, teve-se como base a experiência do grupo de Materiais de

Construção do Instituto Superior técnico (Ferreira Pinto, 1993).

Como referido, este ensaio foi realizado nos meios provetes que resultaram do ensaio de

flexão. Assim, é necessário rectificar o topo do provete onde se deu a rotura, para que ambas

as faces de topo apresentem um acabamento semelhante. Esta operação é realizada primeiro

com uma lima, depois passa-se uma lixa de modo a uniformizar toda a superfície e por fim

escova-se, retirando-se assim todas as partículas soltas.

Seguidamente, impermeabilizam-se as quatro paredes laterais dos provetes com duas demãos

de uma resina epóxida (tipo 32,5 N, Sikadur). Este procedimento tem como objectivo garantir

91

que a secagem decorra através de um fluxo unidireccional. O intervalo entre as aplicações das

duas camadas de resina foi de 24 horas. Colocada a resina e terminada a sua secagem da

mesma, secam-se os provetes em estufa, a uma temperatura de 60 ± 5ºC até massa

constante, o que no presente estudo, demorou cerca de 48 horas. Posteriormente arrefecem-

se os provetes até à temperatura ambiente durante 24 horas, recorrendo a um exsicador

contendo sílica gel no seu interior. Pesam-se os provetes no final deste período, m1.

Os provetes são então lentamente imersos em água ficando apoiados sobre varetas de vidro,

onde permaneceram durante 48 horas. Seguidamente, procede-se ao isolamento de uma das

faces não impermeabilizadas aplicando uma película plástica fixada por um elástico. Regista-se

a massa do conjunto (provete + elástico + papel aderente), m2. Durante a imersão, tem-se o

cuidado de inserir os provetes com uma inclinação próxima dos 45 º, para evitar a acumulação

de bolhas de ar na superfície inferior.

Os provetes são mantidos apoiados em varetas no interior de um tabuleiro, onde permanecem

durante o período em que se efectuam as pesagens diárias até as massas estabilizarem.

Através da avaliação diária da massa dos provetes, é possível analisar a evolução do teor em

água dos provetes ao longo do tempo, com o recurso da seguinte expressão:

[6-13]

sendo:

Wi – teor em água em cada instante ti [%];

mi – massa do provete em cada instantes ti [g];

m0 – massa do provete seco [g].

Na Figura 6-19, apresenta-se um exemplo do gráfico dos valores de wi ao longo do tempo,

habitualmente designado por curva de secagem.

92

Figura 6-19 – Exemplo de uma curva de secagem.

O índice de secagem, I.S., obtem-se através da integração da curva de secagem, normalizado

em relação ao teor máximo de água e ao total do tempo em que ocorreu a secagem.

Tendo em conta as curvas de secagem e através da expressão seguinte, determina-se o índice

de secagem.

∫

[6-14]

sendo:

t0 – tempo inicial do ensaio [h];

tf – tempo final do ensaio [h];

W0 – teor de água inicia, expressa em percentagem relativamente à massa inicial [%];

f(wi) – teor em água do provete em função do tempo, expressa em percentagem relativamente à massa seca [%].

93

Figura 6-20 – Preparação dos provetes para o ensaio de secagem.

6.6.2.5 Avaliação da profundidade de carbonatação com o indicador de

fenolflaleína

A reacção química associada ao endurecimento das argamassas de cal aérea é a

carbonatação. Este fenómeno consiste na reacção do hidróxido de cálcio com o dióxido de

carbono da atmosfera que penetra nas argamassas através dos seus poros. Como

consequência desta reacção, a alcalinidade do provete diminui progressivamente ao longo do

tempo. A evolução da profundidade de carbontação pode ser avaliada com recurso a um

indicador de fenolflaleína tendo sido utilizado uma solução com 0,2 % de concentração. Após a

aplicação da solução ocorre uma alteração da cor (púrpura) das zonas não carbonatadas que

possuem um PH superior.

Este ensaio é efectuado nas superfícies de rotura do ensaio de flexão. Para evitar que ocorra a

carbonatação das superfícies expostas, o ensaio é efectuado imediatamente a seguir à

realização do ensaio de flexão.

A aplicação da solução de fenolflaleína sobre a superfície dos provetes é efectuada com um

borrifador, tendo o cuidado de manter constante a distância entre o borrifador e o provete e a

quantidade de solução. De seguida, e com recurso a uma craveira, efectuam-se as medições

nas quadro arestas de cada superfície. Determina-se a espessura carbonatada pela média dos

valores obtidos nas quatro arestas.

94

a)

b)

c)

d)

e)

f)

Figura 6-21 – Procedimentos para a determinação da profundidade de carbonatação. (a) – Material utilizado; (b;d) – Ensaio em provetes de argamassa com cinza de casca de arroz; (e;f)

– Ensaio em provetes de argamassa de referência.

95

7 APRESENTAÇÃO, ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS

RESULTADOS

Neste capítulo, apresentam-se os resultados dos ensaios realizados durante a campanha

experimental, cujos procedimentos foram descritos no capítulo 6. Para tornar a exposição mais

clara, recorreu-se à representação gráfica, ao uso de tabelas e quando possível ainda à

utilização de imagens.

Visto que se torna impraticável a apresentação de todos os valores registados no decorrer da

campanha experimental, devido ao grande volume que estes constituem, optou-se sempre pela

utilização de valores médios, acompanhados pelo respectivo padrão, quando aplicável.

7.1 Caracterização das argamassas no estado fresco

Neste subcapítulo, procede-se à apresentação e análise dos resultados obtidos, no que diz

respeito à caracterização das argamassas no estado fresco, tendo sido realizados os seguintes

ensaios: espalhamento, retenção de água, massa volúmica e exsudação. Para além dos

ensaios referidos, apresentam-se ainda os ensaios que permitiram definir a relação

água/(mistura ligante) apropriada para cada um dos diferentes tipos de argamassa. Na tabela

seguinte, resumem-se os valores obtidos nos ensaios acima referidos.

Tabela 7-1 – Caracterização no estado fresco das diferentes argamassas.

Argamassa Designação

Tipo de

cinza

Água/mistura ligante*

*(cal+cinza)

Espalhamento [mm]

Retenção de água

[%]

Massa volúmica [kg/m

3]

Exsudação [%]

Cal - 1,83 162 90,0 2080 2,6

A500 CM500 1,15 162 90,0 1870 1,5

A250 CM250 1,15 163 87,7 1890 1,3

A125 CM125 1,14 162 88,3 1890 2,1

A75 CM75 1,09 167 89,1 1930 2,1

7.1.1 Avaliação da consistência por espalhamento

Como foi explicado no subcapítulo 6.5.1, a quantidade de água foi definida de modo a se obter

um resultado de espalhamento o mais próximo possível de 165 mm.

96

Para cada tipologia de argamassa, realizaram-se várias amassaduras experimentais, em que

se variou a quantidade de água de amassadura até se obter o espalhamento desejado. Nas

figuras seguintes apresentam-se os resultados obtidos para cada tipo de argamassa.

135

140

145

150

155

160

165

170

175

180

185

1,60 1,70 1,80 1,90

Es

pa

lha

me

nto

[m

m]

água/ligante

Cal

150

155

160

165

170

0 0,5 1 1,5E

sp

alh

am

en

to [m

m]

água/(mistura ligante)

CM500

145

150

155

160

165

170

175

1,1 1,12 1,14 1,16 1,18

Es

pa

lha

me

nto

[m

m]


CM250

150

155

160

165

170

175

180

185

1,1 1,12 1,14 1,16 1,18

Es

pa

lha

me

nto

[m

m]


CM125

Figura 7-1 – Determinação da relação água/ligante (Cal).

Figura 7-2 – Determinação da relação água/(mistura ligante) (CM500).



97


Como se pode constatar, ao longo da realização das várias amassaduras experimentais, não

foi possível a obtenção de espalhamentos exactos de 165 mm. Observou-se ainda que, para a

mesma relação água/(mistura ligante) resultaram espalhamentos distintos. A quantidade de

água foi definida por interpolação entre os pontos que circunscrevem o espalhamento de 165

mm.

Na Figura 7-6, estão representados os valores das várias relações água/(mistura ligante)

utilizadas na produção das diferentes argamassas. Da análise destes valores, conjuntamente à

observação dos valores de espalhamento que lhes estão associados, constata-se que a

incorporação de cinzas de casca de arroz nas argamassas foi responsável por uma redução da

quantidade de água para a obtenção de argamassas de consistência semelhante.

Ao analisar apenas os valores da relação água/(mistura ligante) e os valores do espalhamento

das argamassas formuladas com cinzas, é possível verificar que a redução das dimensões das

partículas da cinza tem como consequência a redução global da quantidade de água

necessária à obtenção da consistência de referência, principalmente para as granulometrias

inferiores a 250 µm. Segundo a bibliografia referida, esta diminuição da necessidade de água

pode ser justificada pelo aumento da destruição progressiva da estrutura esponjosa e porosa

das partículas que constituem a cinza de casca de arroz, através do processo de moagem.

Constatou-se ainda que 10 minutos após a amassadura, as argamassas com adição de cinzas

de casca de arroz manifestaram uma maior consistência.

160

165

170

175

180

185

1,08 1,1 1,12 1,14 1,16

Es

pa

lha

me

nto

[m

m]


CM75

98

Figura 7-6 – Relação água/mistura ligante para a obtenção de um espalhamento de 165±5mm.

Na Figura 7-7, são representados os valores das várias relações água/(mistura ligante) em

função da máxima dimensão da cinza.

Figura 7-7 – Influência da máxima dimensão da cinza na relação água/(mistura ligante) para a obtenção de consistência por espalhamento de 165±5mm.

7.1.2 Retenção de água

Na Figura 7-8, estão representados os valores da retenção de água, determinados

experimentalmente.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

Cal A500 A250 A125 A75

águ

a/m

istu

ra li

gan

te

Argamassa

1,08

1,09

1,10

1,11

1,12

1,13

1,14

1,15

1,16

0100200300400500

ág

ua/(

mis

tura

lig

an

te)

Máxima dimensão da cinza [μm]

99

Ao observar os valores da retenção de água das diferentes argamassas, apresentados na

Tabela 7-1 assim como na Figura 7-8, é possível concluir que à excepção da argamassa A500

a incorporação de cinza é responsável por uma ligeira diminuição da capacidade de retenção

de água das argamassas em relação à argamassa de referência.

Contudo, para as argamassas A250, A125 e A75, verifica-se que o valor da capacidade de

retenção de água assume uma ligeira tendência crescente com o aumento da finura das

partículas de cinza.

Figura 7-8 – Retenção de água das argamassas estudadas.

Os valores obtidos no presente trabalho são inferiores aos obtidos no estudo desenvolvido por

Agostinho e Guerreiro (2008; 2007), onde as argamassas de cal aérea apresentaram valores

compreendidos entre 94 e 99 %. Segundo os autores Guerreiro (2007) e Faria-Rodrigues

(2004), esta diferença poderá ser justificada pelo traço utilizado em ambas as argamassas e,

consequentemente, pelos respectivos teores de cal. Os mesmos autores acrescentam que a

capacidade de retenção de água é uma característica benéfica introduzida nas argamassas

pela cal aérea.

Os valores da retenção de água da argamassa de referência são superiores aos das

argamassas com incorporação de cinzas de casca de arroz.

Como referido na bibliografia, os valores de retenção de água obtidos para as diversas

argamassas são bastante satisfatórios, o que permitirá um bom comportamento da argamassa

face às condições atmosféricas adversas aquando da sua aplicação, principalmente em

suportes consideravelmente porosos (Faria-Rodrigues, 2004). Em relação a este aspecto,

60

70

80

90

100

Cal A500 A250 A125 A75

Rete

nção

de á

gu

a [

%]

Argamassa

100

Veiga (1997) afirma ainda que uma retenção de água elevada é um dos factores determinantes

para o correcto comportamento das argamassas face à fendilhação.

7.1.3 Massa volúmica aparente

Os valores da massa volúmica aparente determinados são apresentados na Tabela 7-1 e na

Figura 7-9. Conclui-se que a incorporação de cinza causa uma diminuição da massa volúmica

aparente das argamassas relativamente à argamassa de referência, formulada unicamente

com cal.

Em relação às argamassas com incorporação de cinzas de casca de arroz, constata-se que o

incremento da finura da cinza é acompanhado por um aumento da massa volúmica aparente

das respectivas argamassas. Quer esta tendência quer a diferença constatada entre a

argamassa de referência e as restantes poderão ser justificadas pela ocupação dos vazios

pelas partículas de cinza de menor dimensão. Também a diminuição da relação água/(mistura

ligante) poderá desempenhar um papel preponderante no ocorrido.

Figura 7-9 – Massa volúmica das argamassas estudadas.

7.1.4 Exsudação

Ao analisar os valores obtidos através do ensaio da exsudação, apresentados na Tabela 7-1 e

na Figura 7-10, constata-se que a incorporação de cinzas nas argamassas provoca uma

variação dos valores de exsudação, principalmente para os valores correspondentes às

1700

1750

1800

1850

1900

1950

2000

2050

2100

Cal A500 A250 A125 A75

Massa V

olú

mic

a [

kg

/m3]

Argamassa

101

argamassas A500 e A250, em que se verifica uma redução de exsudação com a progressiva

diminuição do tamanho das partículas.

Para as argamassas A125 e A75, o mesmo não se pode afirmar, uma vez que estas assumem

valores superiores ao da argamassa de referência.

Durante os ensaios de espalhamento, observou-se um fenómeno que poderá estar relacionado

com os valores de exsudação determinados. Como se pode verificar na Figura 7-11, existe

uma grande quantidade de água que se “liberta” da argamassa após o ensaio de

espalhamento, preferencialmente para a argamassa A125, A75 e CAL.

Figura 7-10 – Exsudação das argamassas estudadas.

Figura 7-11 – Libertação de água de amassadura durante o ensaio de espalhamento.

0,00

0,25

0,50

0,75

1,00

1,25

1,50

1,75

2,00

2,25

Cal A500 A250 A125 A75

Exsu

dação

[%

]

Argamassa

102

7.2 Caracterização das argamassas no estado endurecido

Neste subcapítulo procede-se à apresentação e análise dos resultados obtidos no que diz

respeito à caracterização das argamassas no estado endurecido, mais concretamente ao

estudo das características físicas e mecânicas das argamassas, com o objectivo de avaliar a

influência da finura das partículas de cinza de casca de arroz nas argamassas de cal aérea.

Com esta fase do trabalho desenvolvido, não só se pretende avaliar o comportamento das

argamassas como também compreender de que forma algumas das propriedades das mesmas

argamassas se relacionam entre si.

7.2.1 Avaliação das características mecânicas

7.2.1.1 Resistência à flexão e à compressão

Como referido, o trabalho experimental foi dividido em duas partes. A primeira, além de servir

para o tratamento dos materiais, destinou-se, essencialmente, a definir as granulometrias de

cinzas a utilizar. Para isso, além do ensaio de consistência por espalhamento já apresentado,

nesta primeira fase do trabalho recorreu-se essencialmente à caracterização mecânica aos 14

dias de idade para definir as argamassas a estudar.

A Tabela 7-2 apresenta os valores obtidos nos ensaios de resistência à compressão e flexão

que foram realizados aos 14 dias de idade.

Tabela 7-2 – Resistência à compressão e à flexão aos 14 dias de idade.


Tensão de rotura à compressão

[MPa]

Tensão de rotura à flexão [MPa]

14 dias 14 dias

Cal 0,3 0,2

A500 2,7 1

A250 3,4 1,4

A125 3,6 1,4

A75 3,5 1,5

Da análise da tabela anterior e das Figura 7-12 e Figura 7-13, é possível verificar que os

valores médios das resistências à compressão e à flexão das argamassas em que se

incorporaram cinzas de casca de arroz são bastante superiores aos valores obtidos na

103

argamassa de referência, evidenciando deste modo uma influência da reactividade pozolânica

da cinza.

Figura 7-12 – Valores médios das tensões de rotura à compressão aos 14 dias de idade.

Além do observado anteriormente, ao analisar apenas os valores correspondentes às

argamassas com adição de cinzas de casca de arroz, verifica-se a influência da finura da cinza

utilizada. À medida que a granulometria das cinzas utilizadas diminui, de uma maneira geral, os

valores das resistências mecânicas das respectivas argamassas aumentam, com principal

incidência na passagem da argamassa A500 para a A250.

Figura 7-13 – Valores médios das tensões de rotura à flexão aos 14 dias.

0

1

2

3

4

Cal A500 A250 A125 A75Ten

são

de r

otu

ra à

co

mp

ressão

ao

s 1

4 d

ias [

MP

a]

Argamassa

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

Cal A500 A250 A125 A75

Ten

são

de r

otu

ra à

fle

xão

ao

s

14 d

ias [

MP

a]

Argamassa

104

Tendo em conta os valores da resistência mecânica obtidos, decidiu-se considerar as

argamassas A500, A250, A125 e A75 como as argamassas alvo de estudo para a segunda

parte do trabalho, em que se procura avaliar a influência da granulometria no desempenho das

argamassas de cinza de casca de arroz.

Na Tabela 7-3, apresentam-se os valores da resistência mecânica aos 28 dias de idade das

argamassas seleccionadas na primeira fase do trabalho, assim como da argamassa de

referência.

Tabela 7-3 – Resistência à compressão e à flexão aos 28 dias de idade.


Tensão de rotura à compressão

[MPa]

Tensão de rotura à flexão [MPa]

28 dias 28 dias

Cal 0,5 0,2

A500 3,2 1,4

A250 3,5 1,5

A125 3,8 1,6

A75 5,5 2,3

Quer na Figura 7-14 quer na Figura 7-15, é possível verificar a mesma tendência que foi

constatada nos ensaios aos 14 dias, isto é, as argamassas com adição de cinzas apresentam

valores de resistência à compressão e à flexão superiores aos da argamassa de referência.

Em relação às argamassas com adição de cinzas, verifica-se também uma tendência crescente

da resistência mecânica à medida que a finura das cinzas diminui.

105

Figura 7-14 – Valores médios das tensões de rotura à compressão em provetes aos 28 dias de idade.

Figura 7-15 – Valores médios das tensões de rotura à flexão em provetes aos 28 dias de idade.

Comparando os valores da resistência mecânica de todas as argamassas aos 14 e aos 28 dias

de idade, verifica-se que os valores obtidos aos 28 dias de idade são superiores, concluindo-se

que as cinzas de casca de arroz revelam uma reactividade considerável, principalmente na A75

onde o incremento de resistência mecânica é superior. Tal fenómeno pode ser constatado na

Figura 7-16 e na Figura 7-17.

0

1

2

3

4

5

6

Cal A500 A250 A125 A75Ten

são

de r

otu

ra à

co

mp

ressão

ao

s 2

8 d

ias [

MP

a]

Argamassa

0

1

2

3

Cal A500 A250 A125 A75

Ten

são

de r

otu

ra à

fle

xão

ao

s

28 d

ias [

MP

a]

Argamassa

106

Figura 7-16 – Valores médios das tensões de rotura à compressão em provetes aos 14 e 28 dias de idade.

Figura 7-17 – Valores médios das tensões de rotura à flexão em provetes aos 14 e 28 dias de idade.

Na Figura 7-18, representa-se a evolução da resistência mecânica aos 14 e 28 dias de idade,

em função da máxima dimensão da cinza incorporada nas argamassas, correspondente às

misturas designadas por A500, A250, A125 e A75. Mais uma vez, é possível verificar que

existiu um incremento da reactividade pozolânica com o aumento da finura da cinza.

Tal pode ser justificado pela maior eficiência na formação de compostos hidráulicos, como é o

caso dos silicatos de cálcio, resultantes das reacções pozolânicas.

0

1

2

3

4

5

6

Cal A500 A250 A125 A75

Ten

são

de r

otu

ra à

co

mp

ressão

[M

Pa]

Argamassa

14 dias

28 dias

0

1

2

3

Cal A500 A250 A125 A75

Ten

são

de r

otu

ra à

fle

xão

[M

Pa]

Argamassa

14 dias

28 dias

107

Figura 7-18 – Influência da máxima dimensão da cinza de casca de arroz nos valores médios da resistência mecânica aos 14 e 28 dias de idade.

Os valores das tensões médias da resistência mecânica observados, são ainda compatíveis

quer com os valores da massa volúmica determinados no estado fresco (subcapítulo 7.1.3),

quer com a quantidade de água presente na formulação das várias argamassas (subcapítulo

7.1.1).

No primeiro caso, verifica-se que, com o aumento dos valores da massa volúmica aparente,

existe uma tendência crescente nos valores das resistências à compressão e à flexão,

ocorrendo a maior diferença entre os valores correspondentes à A125 e A75. Também no

segundo caso, à medida que a relação água/mistura ligante vai decrescendo com o aumento

da finura das cinzas, os valores da resistência mecânica aumentam. Mais uma vez, o maior

intervalo registado em ambos os casos, ocorre para os valores obtidos entre a A125 e a A75.

7.2.1.2 Determinação da velocidade de propagação de ultra-sons

Método Directo

Na tabela seguinte, apresentam-se os valores médios obtidos para as diferentes argamassas

em estudo.

0

1

2

3

4

5

6

0100200300400500

Ten

são

de r

otu

ra [

MP

a]

Máxima dimensão da cinza [µm]

compressão - 14 dias

compressão - 28 dias

flexão - 14 dias

flexão - 28 dias

108

Tabela 7-4 – Valores médios da velocidade de propagação de ultra-sons das diferentes argamassas.


Velocidade de propagação de Ultra-sons [m/s]

28 dias

Cal 1509

A500 2431

A250 2461

A125 2350

A75 2602

Como se pode constatar na Tabela 7-4 e na Figura 7-19, a velocidade de propagação de ultra-

sons determinada para as argamassas com a adição de cinzas de casca de arroz é bastante

superior em relação à da argamassa de referência. Esta diferença é uma consequência da

formação de compostos hidráulicos originados durante a reacção pozolânica.

Figura 7-19 – Valores médios da velocidade de propagação de ultra-sons das diferentes argamassas.

Na figura anterior verifica-se que existe uma tendência crescente da velocidade de propagação

de ultra-sons para as argamassas com adição de cinza de casca de arroz. Tal denota que este

ensaio mostrou-se sensível ao incremento da reactividade pozolânica manifestada pelo

aumento progressivo da finura das partículas constituintes da cinza.

Apesar que o valor registado para a argamassa A125 ser inferior à A250, se considerarmos

que a diferença entre a A125 e a A75 é significativa, conclui-se que na maioria dos casos, a

1.200

1.500

1.800

2.100

2.400

2.700

Cal A500 A250 A125 A75

Ve

loc

ida

de

, 2

8 d

ias

[m

/s]

Argamassa

109

velocidade de propagação de ultra-sons apresenta uma boa correlação com a resistência

mecânica das respectivas argamassas.

Método Indirecto

O método indirecto de avaliação da velocidade de propagação de ultra-sons nas argamassas

utiliza-se quando as argamassas estão aplicadas sobre um suporte poroso. Tendo em vista a

análise da evolução do tempo de propagação dos ultra-sons com o aumento da distância, a

Figura 7-20 ilustra a relação entre ambas, tendo a velocidade de propagação sido obtida pelo

declive da regressão linear.

Efectuaram-se duas medições para cada distância, sendo cada uma destas medições

compostas por três registos. Para estes três registos, determinou-se uma média obtendo-se no

final dois valores médios para cada uma das distâncias. Após a aproximação por regressão

linear dos vários pontos a uma recta obteve-se duas regressões lineares para cada um dos

tijolos. A Tabela 7-5 contêm os valores associados às regressões lineares assim como as

velocidades médias consideradas. No subcapítulo 6.6.1.2 pode ser observado este

procedimento.

Tabela 7-5 – Velocidade de propagação de ultra-sons (ensaio indirecto).


Regressão Linear Velocidade média [m/s] Equação R

2

Cal y=2479x+0,013 0,995 2479

A500 y=2706,8x-0,079 0,999 2707

A250 y=2078,6x-0,027 0,988 2079

A125 y=2771,6x+0,004 0,980 2772

A75 y=1348x+0,029 0,941 1348

Considerando os valores obtidos do coeficiente de determinação para as diferentes

argamassas, conclui-se que as aproximações efectuadas são aceitáveis.

Ao observar a Figura 7-20, verifica-se que para algumas argamassas não se consideraram

algumas medições, como é o caso da A250 em que não se considerou o registo para a medida

6cm, assim como para a A125 e para a A75 não se consideraram as medidas 6 e 7 cm. Tal

deveu-se ao facto de que esses valores apresentaram uma ordem de grandeza demasiado

elevada e desajustada. Este acontecimento poderá ter sido motivado por uma intercepção de

um vazio, uma fissura ou por influência do suporte.

110

Figura 7-20 – Evolução da velocidade de propagação de ultra-sons avaliada com o método indirecto.

Após uma análise dos resultados obtidos, não se verifica nenhuma tendência por parte da

velocidade à medida que a granulometria da cinza diminui. Embora a ordem de grandeza de

alguns valores seja a mesma que os valores médios da velocidade de propagação obtidos nos

provetes prismáticos, os valores obtidos em argamassas aplicadas como camada de

revestimento de tijolo apresentam uma grande disparidade, principalmente para a argamassa

A75, diferenciando-se em muito dos registados para os prismas, como pode ser observado na

Figura 7-21.

Figura 7-21 – Comparação das velocidades de propagação de ultra-sons entre ensaio directo e indirecto.

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,18

0,E+00 3,E-05 6,E-05 9,E-05 1,E-04 2,E-04

Dis

tân

cia

[m

]

Tempo de propagação [s]

Cal

A500

A250

A125

A75

1.100

1.400

1.700

2.000

2.300

2.600

2.900

Cal A500 A250 A125 A75

Ve

loc

ida

de

de

pro

pa

ga

çã

o d

e u

ltra

-s

on

s, 2

8 d

ias

[m

/s]

Argamassa

Provetes

Tijolos

111

7.2.2 Avaliação das características físicas

7.2.2.1 Determinação da absorção de água por capilaridade

O ensaio de absorção de água por capilaridade dos provetes prismáticos das diferentes

argamassas permitiu traçar as curvas de absorção de água por capilaridade que se

apresentam na Figura 7-22.

Através das curvas de absorção é possível obter os valores do coeficiente de capilaridade e da

absorção total de água por unidade de superfície de contacto entre o provete e a água. Este

último valor, o valor assimptótico da curva de absorção, permite quantificar a quantidade total

de água que, por unidade de superfície, penetra na argamassa. O coeficiente de capilaridade

representa a velocidade com que a absorção de água se processa nos instantes iniciais que,

para a generalidade das argamassas. Rato (2006) refere que este período é de 60 minutos.

Porém, no presente trabalho e como se observa na Figura 7-23 tal ocorre nos primeiros 120

minutos.

Não se prolongou o ensaio para além do terceiro dia já que, entre as duas últimas medições, a

quantidade de água não variou mais do que 0,2 %.

Ao analisar as diferentes curvas de absorção, correspondentes ao período total, identifica-se

em cada uma das argamassas a existência de três troços com velocidades de absorção

distintas.

O primeiro troço é caracterizado por uma velocidade de absorção bastante superior à dos

restantes, sendo a partir deste que se determina o coeficiente de capilaridade, anteriormente

referido. Segundo Rato (2006), a velocidade deste troço inicial depende, principalmente, da

dimensão dos poros, sendo superior em argamassas com poros de maiores dimensões. O

segundo troço representa a fase de transição entre a absorção inicial e a fase de estabilização.

Por fim, o terceiro troço corresponde à fase de estabilização e está-lhe associado uma

velocidade de absorção bastante reduzida, uma vez que os provetes já se encontram próximos

da sua saturação. É com base neste troço que se determina o valor assimptótico, que depende

sobretudo da porosidade aberta das argamassas.

Da análise da Figura 7-22 conclui-se que as argamassas possuem cinéticas de absorção

semelhantes, apresentando duas taxas de absorção de água diferentes até atingir o valor

assimptótico, o que indica que a estrutura porosa é idêntica.

112

A argamassa de referência, CAL, distingue-se das restantes por apresentar valores do

coeficiente de absorção e assimptótico consideravelmente inferiores. Tal pode implicar uma

estrutura com menos poros, logo uma maior compacidade, tendo como consequência uma

menor capacidade de absorção de água assim como menores velocidades de absorção,

justificando o reduzido declive da respectiva curva.

Na Tabela 7-6 estão representados os valores referidos assim como a quantidade de água

absorvida por cada um dos provetes no final do ensaio.

Figura 7-22 – Curvas de absorção de água por capilaridade.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100

Ab

so

rção

de á

gu

a p

or

cap

ilari

dad

e [

Kg

/m2]

Tempo [s1/2]

Cal

A500

A250

A125

A75

113

Figura 7-23 – Curvas de absorção de água por capilaridade (0-120 minutos).

Tabela 7-6 – Valores de coeficiente de absorção de água por capilaridade, quantidade de água absorvida e valor assimptótico.


Coeficiente de capilaridade [kg/m

2.s

0,5]

Quantidade de água absorvida

[kg/m2]

Valor Assimptótico

[kg/m2]

Cal 0,21 30,46 32,82

A500 0,34 42,63 45,05

A250 0,35 46,69 50,05

A125 0,3 38,53 41,3

A75 0,41 61,09 64,4

À excepção da argamassa de referência, a CAL, as restantes argamassas, principalmente a

A75, apresentam valores de coeficiente de absorção de água por capilaridade superiores ao

recomendado na bibliografia consultada para argamassas de reboco. Veiga (2003) refere que

estes valores devem situar-se entre 0,13 e 0,20 kg/m2.s

0,5. Refira-se que o baixo valor obtido na

argamassa CAL pode estar associado ao facto de esta ter apenas 28 dias de idade, tendo

ainda uma parte da sua estrutura capilar preenchida com água.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

Cu

rva d

e a

bso

rção

de á

gu

a p

or

cap

ilari

dad

e

(0

-120 m

inu

tos)

[Kg

/m2]

Tempo [s1/2]

Cal

A500

A250

A125

A75

114

A Figura 7-24 e a Figura 7-25 ilustram, respectivamente, os valores do coeficiente de

capilaridade e do valor assimptótico das diferentes argamassas.

Figura 7-24 – Valores de coeficiente de absorção de água por capilaridade.

Figura 7-25 – Valores assimptóticos da absorção de água por capilaridade.

7.2.2.2 Determinação da porosidade aberta

Os resultados apresentados neste subcapítulo apresentam uma importância acrescida, uma

vez que como tem sido possível verificar ao longo da análise de resultados, a porosidade das

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

Cal A500 A250 A125 A75

Co

efi

cie

nte

de c

ap

ilari

dad

e

[kg

/m2.s

0,5

]

Argamassa

0

10

20

30

40

50

60

70

Cal A500 A250 A125 A75

Valo

r assim

ptó

tico

[kg

/m2]

Argamassa

115

diferentes argamassas encerra em si mesma a explicação para algumas das características e

comportamentos dos provetes anteriormente referidos.

Através do procedimento descrito em 6.6.2.2, foi possível caracterizar a estrutura porosa das

diferentes argamassas através da determinação da porosidade aberta, assim como da massa

volúmica aparente e real. Teve como objectivo a compreensão da influência dos diferentes

constituintes das argamassas nomeadamente a influência da reacção pozolânica nas

características no estado endurecido. Na Tabela 7-7 apresentam-se os valores anteriormente

referidos.

Tabela 7-7 – Valores médios da porosidade aberta, massa volúmica aparente e real das diferentes argamassas.


Porosidade [%]

Massa Volúmica Aparente [kg/m

3]

Massa Volúmica Real

[kg/m3]

Cal 25,2 1848 2469

A500 34,1 1529 2319

A250 33,9 1538 2322

A125 29,8 1614 2295

A75 39,5 1502 2483

Ao examinar os valores da porosidade para as argamassas estudadas, é importante ter-se

presente que se está a analisar o volume de vazios de cada um dos provetes, ou seja, o

conjunto de poros que comunicando entre si, formam uma rede contínua de vazios. Segundo

Rato (2006), para as argamassas correntes, o valor da porosidade pode genericamente variar

entre 20 % e 40 %. Observando os valores obtidos no presente trabalho, constata-se que estes

estão em conformidade com o estipulado por este. O mesmo autor refere ainda que, em

argamassas de cal aérea, à medida que o processo de endurecimento progride, verifica-se

uma redução da porosidade aberta, possivelmente devido à redução da dimensão dos poros.

Deste modo, será de esperar que os valores obtidos possam sofrer uma diminuição em

ensaios realizados em idades mais avançadas.

116

Figura 7-26 – Valores médios da porosidade aberta das argamassas estudadas.

Ao observar a Figura 7-26, verifica-se que a argamassa de referência, CAL, apresenta um valor

médio de porosidade aberta inferior ao de todas as argamassas com adição de cinzas de

casca de arroz, independentemente da sua granulometria. Segundo a bibliografia (Faria-

Rodrigues, 2004; Almeida, 2008; Rato, 2006), tal pode ser justificado pelo facto de as

argamassas em cura húmida perderem a água por evaporação de uma forma diferente e mais

lenta. Para o caso das argamassas com adição de cinzas de casca de arroz, isto é com adição

de um material pozolânico, parte dessa água é utilizada na reacção pozolânica entre a sílica e

a alumina, constituintes da cinza, com o hidróxido de cálcio da cal aérea, originando deste

modo os compostos hidráulicos e aumentando, assim, a velocidade de endurecimento. Uma

vez que em ambiente húmido, a evaporação da água se processa de uma forma mais lenta,

quando a evaporação ocorre, a argamassa já adquiriu uma resistência mecânica suficiente

impedindo que os poros resultantes da evaporação da água sofram uma redução do volume.

Analisando apenas as argamassas com adição de cinza de casca de arroz, a figura torna

explícita a tendência de diminuição da porosidade com o aumento da finura das partículas de

cinza, à excepção da A75. Como será visto de seguida, esta excepção poderá estar

relacionada com algumas características específicas, verificadas na A75.

0

10

20

30

40

Cal A500 A250 A125 A75

Po

rosid

ad

e [

%]

Argamassa

117

Figura 7-27 – Valores médios da massa volúmica aparente e real.

A Figura 7-27 ilustra os valores médios da massa volúmica aparente e real das argamassas

ensaiadas. Pela análise da Figura 7-27, verifica-se que a massa volúmica aparente diminui

com o aumento da porosidade.

Almeida (2008) realizou uma análise granulométrica da cal aérea utilizada o que ajuda a

justificar a superior massa volúmica aparente das argamassas analisadas no presente estudo.

Como se pode observar pela Figura 7-28, a granulometria da cal aérea é bastante inferior à

das cinzas de casca de arroz, o que pode justificar um melhor preenchimentos dos vazios

existentes entre o agregado, contribuindo deste modo para um valor superior de massa

volúmica aparente.

Na Figura 7-29 a), apresentam-se, simultaneamente, os valores da resistência mecânica e da

porosidade aberta das diferentes argamassas. Para uma melhor percepção dos resultados,

uniram-se os pontos com segmentos de recta.

Da análise da Figura 7-29 a), não é possível observar uma correlação clara entre a resistência

mecânica e a porosidade aberta. Este facto pode ser confirmado pela observação da Figura

7-29 b), em que se verifica que o coeficiente de correlação, R2, associado a uma regressão

linear dos valores da resistência à compressão e à flexão em função da porosidade é da ordem

de 0,5.

1.000

1.200

1.400

1.600

1.800

2.000

2.200

2.400

2.600

Cal A500 A250 A125 A75

Ma

ss

a V

olú

mic

a A

pa

ren

te e

re

al

[kg

/m3]

Argamassa

Massa Volúmica Aparente

Massa Volúmica Real

118

Figura 7-28 – Análise granulométrica dos ligantes, efectuada por Almeida (2008).

Rato (2006) e Guerreiro (2007) referem que as argamassas de cal aérea representam uma

excepção em relação aos restantes tipos de argamassas, uma vez que, maioritariamente, as

suas resistências mecânicas assumem valores com uma tendência crescente à medida que a

porosidade cresce.

a) b)

Figura 7-29 – (a) – Resistência mecânica (compressão e flexão) de cada argamassa estudada; (b) – Resistência mecânica (compressão e flexão) em função da porosidade das argamassas.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0

1

2

3

4

5

6

A500 A250 A125 A75

Po

ros

idad

e [

%]

Resis

tên

cia

mecân

ica [

MP

a]

Argamassa

Resist. compressão

Resist. flexão

Porosidade

y = 0,1908x - 2,5488 R² = 0,5436

y = 0,0781x - 0,9817 R² = 0,5797

0

1

2

3

4

5

6

28 30 32 34 36 38 40

Res

istê

nc

ia m

ec

ân

ica

[M

Pa

]

Porosidade [%]

Resist. compressão

Resist. flexão

119

a) b)

Figura 7-30 – (a) – Influência da porosidade aberta no coeficiente de absorção de água por capilaridade das argamassas estudadas; (b) – Coeficiente de absorção de água em função da

porosidade das argamassas.

Na Figura 7-30 a) apresentam-se os valores do coeficiente de absorção e de porosidade das

argamassas e na Figura 7-30 b) representa-se os valores do coeficiente de absorção em

função da porosidade. Para uma melhor percepção dos resultados, uniram-se os pontos com

segmentos de recta.

Ao analisar a Figura 7-30 a), a comparação entre a porosidade aberta e o coeficiente de

absorção de água por capilaridade não evidencia uma tendência em relação à diminuição da

granulometria da cinza de casca de arroz. Contudo, estas duas características apresentam

uma excelente relação entre si, como pode ser observado pela Figura 7-30 b).

Na Figura 7-31 a) apresentam-se os valores assimptóticos e de porosidade das argamassas

estudadas. Para uma melhor percepção dos resultados, uniram-se os pontos com segmentos

de recta. Na Figura 7-31 b) representa-se os valores assimptóticos em função da porosidade.

No caso da quantidade total de água absorvida, representada pelo valor assimptótico das

diferentes curvas de absorção, verifica-se exactamente o ocorrido no gráfico anterior, ou seja,

de um modo global quanto maior a finura das partículas de cinza, menor a porosidade e maior

a quantidade de água absorvida no final do ensaio (Figura 7-31 a)). Da análise da Figura 7-31

b), também se verifica que há uma boa correlação entre estas duas variáveis.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

A500 A250 A125 A75

Po

ros

idad

e [

%]

Co

efi

cie

nte

de

ab

so

rção

cap

ilar

[kg

/m2.s

0,5]

Argamassa

Coeficiente de absorção

Porosidade

y = 0,0114x - 0,0396 R² = 0,9867

0,28

0,30

0,32

0,34

0,36

0,38

0,40

0,42

28 30 32 34 36 38 40

Co

efi

cie

nte

de

ab

so

rçã

o

[kg

/m2

.s0

,5]

Porosidade [%]

120

a) b)

Figura 7-31 – (a) – Influência da porosidade aberta no valor assimptótico das argamassas estudadas; (b) – Valor assimptótico em função da porosidade das argamassas

Na Figura 7-32 a) apresentam-se os valores da velocidade de propagação de ultra-sons e da

porosidade aberta das diferentes argamassas. Para uma melhor percepção dos resultados,

uniram-se os pontos com segmentos de recta. Na Figura 7-32 b) representa-se a velocidade de

propagação de ultra-sons em função da porosidade.

a) b)

Figura 7-32 – (a) – Influência da porosidade aberta na velocidade de propagação de ultra-sons das argamassas estudadas; (b) – Velocidade de propagação de ultra-sons em função da

porosidade das argamassas.

Ao analisar a Figura 7-32 a), verifica-se que não há uma clara tendência da variação da

porosidade aberta e da velocidade de propagação de ultra-sons com a diminuição da

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0

10

20

30

40

50

60

70

A500 A250 A125 A75

Po

ros

ida

de

[%

]

Va

lor

as

sim

ptó

tic

o [

kg

/m2]

Argamassa

Valor Assimptótico

Porosidade

y = 2,4213x - 32,91 R² = 0,9057

40

45

50

55

60

65

28 30 32 34 36 38 40

Va

lor

as

sim

pó

tic

o

[kg

/m2

]

Porosidade [%]

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

1.200

1.400

1.600

1.800

2.000

2.200

2.400

2.600

2.800

3.000

A500 A250 A125 A75

Po

ros

idad

e [

%]

Velo

cid

ad

e d

e p

rop

ag

ação

de

u

ltra

-so

ns

[m

/s]

Argamassa

Velocidade U.S.provetes

Velocidade U.S.tijolos

Porosidade

y = 26,045x + 1566,9 R² = 0,9762

y = -148,67x + 7329,7 R² = 0,794

1.200

1.400

1.600

1.800

2.000

2.200

2.400

2.600

2.800

28 30 32 34 36 38 40

Ve

loc

ida

de

de

pro

pa

ga

çã

o d

e

Ult

ra-s

on

s [

m/s

]

Porosidade [%]

VelocidadeU.S.provetes

Velocidade U.S.tijolos

121

granulometria de cinza utilizada. Porém, é possível concluir que com a diminuição da

porosidade aberta, existe uma tendência crescente da velocidade de propagação de ultra-sons

avaliada nos provetes. Mais uma vez, estas duas características das argamassas apresentam

uma boa correlação quando avaliadas nos provetes prismáticos, como observado na Figura

7-32 b).

7.2.2.3 Determinação da absorção de água sob baixa pressão – Método do

cachimbo

O estudo da absorção de água sob baixa pressão, através do método do cachimbo foi

realizado como descrito no subcapítulo 6.6.2.3, possibilitando a comparação de absorção de

água das argamassas.

Na Figura 7-33 a) apresentam-se os valores obtidos de absorção de cada uma das

argamassas aos 28 dias de idade. Visto que a evolução no tempo da absorção variou de forma

considerável, consoante a localização do cachimbo, realizou-se um ajustamento dos diferentes

valores, através da sua aproximação a uma função polinomial.

(a) (b)

Figura 7-33 – (a) – Valores de absorção de água a baixa pressão das argamassas estudadas; (b) – Curvas de regressão polinomial dos valores de absorção de água a baixa pressão.

Na Tabela 7-8 estão representadas as equações das diferentes regressões polinomiais assim

como os respectivos coeficientes de determinação, R2. Verifica-se que os coeficientes são

elevados o que representa um bom ajustamento.

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0

Ab

so

rção

de

ág

ua

a b

aix

a

pre

ssão

[K

g/m

2]

Tempo [s1/2]

Cal

A500

A250

A125

A75

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0

Ab

so

rção

de

ág

ua

a b

aix

a

pre

ssão

[K

g/m

2]

Tempo [s1/2]

Cal

A500

A250

A125

A75

122

Através da análise da Figura 7-33, constata-se que a argamassa de referência é a que tem

maior capacidade inicial de absorção, representada pela acentuada inclinação da respectiva

curva de absorção. Ao analisar as argamassas com adição de cinzas, a A500 é a argamassa

que apresenta o maior valor da capacidade inicial de absorção.

Na mesma figura, constata-se uma tendência crescente do desempenho das diferentes

argamassas face à sua aplicação em reboco, uma vez que se verifica uma diminuição da

capacidade inicial de absorção de água à medida que se reduz a dimensão das partículas de

cinza.

Tabela 7-8 – Equações das regressões polinomiais das diferentes argamassas e os respectivos coeficientes de determinação.


Regressão polinomial

Equação R2

Cal y=-0,0419x2+0,5197x-0,9101 0,930

A500 y=-0,0009x2+0,0575x-0,0231 0,999

A250 y=-2E-05x2+0,0279x-0,0232 0,993

A125 y=-2E-06x2+0,0236x-0,0168 0,950

A75 y=-0,0005x2+0,0434x-0,1072 0,830

O comportamento das argamassas com incorporação de cinzas no ensaio de absorção de

água a baixa pressão é coerente com os resultados do ensaio da porosidade aberta, uma vez

que a água teve maior facilidade em penetrar nas argamassas de maior porosidade.

7.2.2.4 Avaliação da cinética de secagem

O presente ensaio estuda a capacidade de eliminação de água através de secagem por parte

das diferentes argamassas. Esta propriedade fornece informação importante relativamente ao

desempenho em obra das argamassas.

De seguida, apresentam-se as curvas de secagem obtidas nos ensaios efectuados nas

diferentes argamassas. Na Figura 7-37 apresentam-se os valores médios de secagem dos

ensaios realizados em cada uma das argamassas, de modo a facilitar a sua análise e permitir

uma comparação do seu comportamento. Foi possível efectuar este procedimento uma vez

que na fase de preparação dos provetes, se teve o cuidado de garantir o mesmo tamanho para

cada um dos provetes que resultaram da divisão de um provete de 40 x 40 x 160 mm.

123

Figura 7-34 – Curvas de secagem da argamassa CAL.

(a) (b)

Figura 7-35 – (a) – Curvas de secagem da argamassa A500; (b) – Curvas de secagem da argamassa A250.

y = 0,0421x2 - 1,3311x + 10,05 R² = 0,9832

y = 0,0552x2 - 1,4884x + 9,9917 R² = 0,9827

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

0 5 10 15

W[%

]

Tempo [dias]

Cal (I)

Cal (II)

y = 0,02x2 - 1,0079x + 15,784 R² = 0,9946

y = 0,0247x2 - 1,1512x + 16,43 R² = 0,9958

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

0 5 10 15 20 25 30

W[%

]

Tempo [dias]

A500 (I)

A500 (II)

y = 0,012x2 - 0,7306x + 15,204 R² = 0,9879

y = 0,0167x2 - 0,8832x + 14,989 R² = 0,9911

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

0 5 10 15 20 25 30

W[%

]

Tempo [dias]

A250 (I)

A250 (II)

124

(a) (b)

Figura 7-36 – (a) – Curvas de secagem da argamassa A125; (b) – Curvas de secagem da argamassa A75.

Na Tabela 7-9 apresentam-se os valores médios do índice de secagem obtidos em cada uma

das argamassas.

Tabela 7-9 – Valores médios do índice de secagem das diferentes argamassas estudadas.


I.S.médio Teor de

água inicial [%]

Cal 0,39 10,02 A500 0,44 16,11 A250 0,50 15,01 A125 0,47 15,05 A75 0,47 23,79

Pela análise dos resultados verifica-se que a argamassa de referência é a que apresenta um

teor em água inicial inferior, aproximando-se dos 10 %. Em relação às argamassas com

incorporação de cinzas de casca de arroz, a A75 apresenta um teor em água inicial bastante

superior, diferenciando-se em cerca de 8 % das restantes, sendo a curva de secagem marcada

por uma maior inclinação no período inicial. Todas as argamassas com adição de cinzas

apresentam uma cinética de secagem semelhante, como se pode verificar na Figura 7-37.

y = 0,0213x2 - 1,0441x + 16,059 R² = 0,9896

y = 0,0198x2 - 0,9282x + 14,048 R² = 0,9865

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

0 5 10 15 20 25

W[%

]

Tempo [dias]

A125 (I)

A125 (II)

y = 0,0369x2 - 1,6482x + 24,737 R² = 0,9912

y = 0,038x2 - 1,6167x + 22,849 R² = 0,9859

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

20,0

22,0

24,0

26,0

0 5 10 15 20 25

W[%

]

Tempo [dias]

A75 (I)

A75 (II)

125

Figura 7-37 – Comparação das curvas de secagem médias das várias argamassas.

O comportamento obtido neste ensaio pode ser relacionado com os valores obtidos no ensaio

de porosidade aberta. A argamassa que apresenta maior valor de porosidade aberta, A75, é

também a que apresenta um maior teor em água inicial, verificando-se o contrário na

argamassa de referência. Refira-se que a variação da capacidade de perda de água por

evaporação está directamente relacionada com o volume de poros.

Conclui-se que a argamassa de referência é a que apresenta um melhor desempenho no

ensaio de secagem.

7.2.2.5 Determinação da dureza superficial – Esclerómetro Pendular

O presente ensaio foi realizado com o objectivo de avaliar a resistência mecânica das

argamassas quando aplicadas como camada de revestimento.

Na Tabela 7-10 apresentam-se os valores médios e os respectivos desvios padrão obtidos no

ensaio de esclerómetro pendular. Em cada provete foram efectuadas medições em nove

pontos não se tendo observado discrepâncias significativas entre eles. Na mesma tabela

indicam-se também os valores de resistência em função do índice esclerométrico, retirados do

ábaco da Figura 7-39, e ainda os valores da resistência à compressão obtidos nos ensaios aos

28 dias de idade.

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

20,0

22,0

24,0

26,0

0 5 10 15 20 25

W[%

]

Tempo [dias]

Cal

A500

A250

A125

A75

126

Tabela 7-10 – Índice esclerométrico e respectiva resistência superficial das diferentes argamassas.

Ensaio Esclerométrico

Ensaio de compressão aos 28

dias de idade


Índice esclerométrico

± Desvio padrão

Resistência ± Desvio padrão

[MPa]

Resistência à compressão [MPa]

Cal 34,6 ± 2,5 4,6 ± 0,55 0,5

A500 46,4 ± 10,9 n.a. 3,2

A250 43,4 ± 11,3 5,0 ± 0,74 3,5

A125 45,0 ± 10,6 n.a. 3,8

A75 40,4 ± 12,4 4,5 ± 0,67 5,5

Verifica-se que os valores obtidos nas argamassas com adição de cinza de casca de arroz são

claramente superiores aos da argamassa de referência. Contudo, para as argamassas com

adição de cinza não se verificou nenhuma tendência clara de variação do resultado com a

granulometria da cinza, como se observou na caracterização mecânica dos provetes (Figura

7-16 e Figura 7-17). Além disso, os valores dos respectivos desvios-padrão são bastante

elevados, retratando a variabilidade que se verificou neste ensaio. Tal como o esclerómetro de

Schmidt este ensaio apresenta uma variabilidade elevada que é intrínseca deste tipo de teste.

Figura 7-38 – Relação entre índice esclerométrico e resistência à compressão das diferentes argamassas.

Na Figura 7-39 apresenta-se um ábaco que acompanha o esclerómetro pendular que relaciona

o índice esclerómetro com a resistência à compressão do material, indicando ainda um valor do

0

1

2

3

4

5

6

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Cal A500 A250 A125 A75

Resis

tên

cia

à c

om

pre

ssão

[M

Pa]

Índ

ice e

scle

rom

étr

ico

Argamassa

127

desvio padrão associado. Este ábaco não cobre o domínio dos resultados obtidos nas

argamassas A500 e A125.

Figura 7-39 – Ábaco do esclerómetro pendular do Tipo PT.

Verifica-se que existe uma diferença significativa entre os valores da resistência à compressão

obtidos no ensaio de compressão e os que resultam da consulta do ábaco da Figura 7-39.

7.2.2.6 Avaliação da profundidade de carbonatação

Na Tabela 7-11 apresentam-se os valores médios da profundidade de carbonatação obtidos

nas argamassas estudadas aos 28 dias de idade.

Tabela 7-11 – Valores médios da espessura carbonatada das várias argamassas.


Espessura carbonatada

[mm]

Cal 5,7 A500 1,0 A250 1,0 A125 1,0 A75 1,0

128

Segundo os autores Ferreira Pinto et al. (2007/2008), a taxa de carbonatação depende de

vários factores, dos quais se destacam a permeabilidade das argamassas e a humidade

relativa do ambiente que as envolve. Deste modo, a velocidade de carbonatação será maior

quanto maior for a permeabilidade e se a humidade relativa se mantiver entre os 55 e 75 %. A

ordem de grandeza dos valores das argamassas com adição de cinzas poderá ser justificada

pelo facto de a cura dos respectivos provetes ter sido realizada em câmara húmida com

valores de humidade relativa entre 95 e 100 % que dificultam a penetração do CO2 na sua

estrutura e tornam o processo carbonatação mais moroso.

129

8 CONSIDERAÇÕES FINAIS

8.1 Conclusões

O trabalho desenvolvido teve como principal objectivo estudar a reactividade pozolânica da

cinza de casca de arroz bem como a influência da sua granulometria.

Foi utilizada uma cinza de casca de arroz disponível no mercado. Constatou-se que esta

apresentava um aspecto heterogéneo uma vez que, para além das partículas mais pequenas e

mais claras, continha uma parte significativa de partículas de maior dimensão e com uma

tonalidade mais escura. Esta tonalidade indica que estas possam não estar correctamente

calcinadas, comprometendo a sua eficácia. Na primeira fase da campanha experimental,

seleccionaram-se as cinzas a utilizar no trabalho experimental, tendo-se removido as partículas

de maiores dimensões e separando as cinzas de casca de arroz através de um processo de

peneiração.

Efectuou-se ainda a moagem das cinzas com recurso a um moinho do ensaio de Los Angeles

de modo a reduzir a sua granulometria. Este processo de moagem revelou-se eficaz,

permitindo a obtenção de uma maior percentagem de partículas de dimensão inferior a 75 μm.

Concluiu-se ainda que, ao utilizar um número de esferas superior, o processo de moagem

torna-se mais eficiente.

Foi realizado um conjunto de ensaios no Laboratório da Secil (análise química, superfície

específica pelo método de Blaine e análise granulométrica pelo método de peneiração) que

permitiu uma melhor caracterização das cinzas utilizadas. Com os resultados obtidos na

análise química, pôde-se concluir que o processo de calcinação utilizado não foi o mais

indicado, uma vez que a percentagem de sílica obtida é inferior à referida na bibliografia,

designadamente quando são utilizados outros processos de calcinação. Dos vários processos

de calcinação, destaca-se o forno de leito fluidizado que tem a vantagem de permitir a

monitorização dos vários parâmetros de incineração como o tempo, a temperatura e a

quantidade de ar.

Tendo em conta os resultados obtidos no ensaio de determinação da superfície específica pelo

método de Blaine, concluiu-se que o método de preparação da cinza de casca de arroz

utilizado no presente trabalho foi eficaz para a obtenção de cinzas com elevadas superfícies

específicas.

Nas argamassas estudadas, verificou-se que a trabalhabilidade se reduz com a incorporação

de cinzas de casca de granulometrias inferiores. Contudo, decorridos 10 minutos após a

130

realização da amassadura, as argamassas manifestaram uma maior consistência, sendo

possível considerar que, para um período de amassadura superior, o espalhamento pretendido

seria atingido com uma menor quantidade de água.

Em resultado da caracterização mecânica realizada aos 14 dias de idade, concluiu-se que o

incremento da finura da cinza foi responsável pelo aumento da reactividade da cinza de casca

de arroz, que se manifestou num aumento considerável dos valores da resistência mecânica.

Com base nos resultados obtidos na primeira fase do trabalho experimental, decidiu-se estudar

na segunda fase argamassas com adição de cinzas, que foram designadas por CM500,

CM250, CM125 e CM75. Nesta segunda fase, teve-se como objectivo principal a análise da

influência da finura da cinza nas características das argamassas. Refira-se que as argamassas

produzidas com cinzas de menor dimensão, ainda que apresentem maiores valores de

resistência mecânica, são aquelas que levam ao maior volume de desperdício de cinza durante

a sua preparação, ao contrário das argamassas produzidas com cinzas de maior dimensão.

Em relação à caracterização no estado fresco, verificou-se que a diminuição do tamanho das

partículas das cinzas de casca de arroz teve como consequência uma redução da quantidade

de água de amassadura para que se atingisse o espalhamento de 165 mm. Também em

relação à capacidade de retenção de água por parte das argamassas, a finura das partículas

de cinza desempenha um papel preponderante, uma vez que, globalmente, esta retenção será

maior quanto menor for o tamanho das partículas de cinza. Em relação à massa volúmica, esta

também assume valores superiores quanto se reduz o tamanho das partículas de cinza.

Os valores da resistência mecânica das argamassas com incorporação de cinzas de casca de

arroz evidenciaram, quer aos 14 quer aos 28 dias de idade, uma tendência crescente com a

redução do tamanho das partículas de cinza. Estes valores foram superiores aos 28 dias de

idade. Por outro lado, uma vez que estas argamassas foram submetidas a uma cura num

ambiente húmido que dificulta a carbonatação, pode-se concluir que o incremento de

resistência foi devido às reacções pozolânicas.

A velocidade de propagação de ultra-sons determinada nos provetes prismáticos revelou-se

sensível ao incremento da reactividade pozolânica, tendo sido melhorada com o aumento da

finura da cinza.

A adição de cinza de casca de arroz nas argamassas teve como consequência um aumento da

porosidade aberta em relação à argamassa de referência, à base de cal. O aumento da finura

das cinzas provocou uma tendência decrescente na porosidade das argamassas com

incorporação de cinzas.

131

Nos resultados da absorção de água por capilaridade, observou-se uma tendência decrescente

com o aumento da finura, à semelhança dos valores da porosidade em que se verificou a

mesma tendência.

No ensaio de secagem, não se verificou uma influência significativa da finura da cinza na

cinética de secagem. O comportamento das diferentes argamassas, perante as respectivas

capacidades de secagem, também pode ser justificado com os valores de porosidade aberta.

Verificou-se que um valor superior de absorção inicial de água está associado a um maior valor

de porosidade aberta, assim como o contrário também se verifica.

Os resultados da resistência à compressão permitem classificar as argamassas como

argamassas de renovação, de acordo com as exigências apresentadas na norma EN 998-1

(2003), cumprindo também os requisitos mínimos da norma ASTMC593-06 (2006).

Considerando ainda a aplicação destas mesmas argamassas em edifícios antigos, os seus

valores de resistência à compressão são demasiado elevados face aos requisitos sugeridos

por Rosário Veiga et al. (2001), devendo, para tal, ser reduzida a quantidade de ligante

existente na formulação das argamassas de modo a se obterem valores inferiores de

resistência.

Em resumo, através da caracterização mecânica das argamassas estudadas, foi possível

demonstrar a reactividade da cinza de casca de arroz estudada e a possibilidade do seu

incremento com o aumento da finura das partículas. Foi ainda possível verificar a influência da

granulometria da cinza de casca de arroz em várias características das argamassas, quer no

estado fresco quer no estado endurecido, reforçando deste modo o interesse em se continuar o

estudo da sua aplicação como adição pozolânica em argamassas de cal aérea.

A realização deste estudo permitiu ainda aferir o enorme potencial da utilização de cinzas de

casca de arroz em argamassas de cal aérea para aplicação em alvenarias antigas,

contribuindo para o desenvolvimento de práticas sustentáveis no sector da reabilitação, através

da incorporação de subprodutos industriais.

8.2 Propostas para desenvolvimentos futuros

Após as conclusões do trabalho desenvolvido constatou-se a necessidade de aprofundar o

conhecimento da evolução da reacção pozolânica da cinza de casca de arroz ao longo do

tempo, tanto em termos de velocidade de reacção como em termos de produto final. Este

estudo deverá ser acompanhado por um processo eficaz de controlo e monitorização. São

exemplo desses métodos:

132

O Método Chapelle;

Método da condutividade;

Método preconizado na norma NP EN 196-5.

De modo a complementar o presente estudo, considera-se adequada a caracterização mais

detalhada da micro-estrutura porosa das argamassas no estado endurecido, através do ensaio

de porometria de mercúrio, complementado com a observações através da lupa binocular e do

microscópio electrónico.

Considerando a aplicação deste tipo de argamassas na reabilitação de edifícios antigos será

pertinente a avaliação do seu comportamento face à cristalização de sais solúveis, a realização

de ensaios de retracção restringida e o estudo da aderência das argamassas com cinza às

alvenarias antigas quando submetidas a diferentes condições termo-higrométricas. Será ainda

relevante o estudo da optimização da quantidade de água e da quantidade de cinza de casca

de arroz a utilizar na formulação de argamassas de cal, de modo a que os valores das

diferentes características se enquadrem nos requisitos exigidos.

Será, também, desafiante a avaliação da utilização das cinzas de casca de arroz em

argamassas à base cal hidráulica e de cimento. O estudo de argamassas de cal aérea com a

adição de cinzas de casca de arroz para a sua aplicação em edifícios novos poderá ser

interessante face ao contributo ambiental obtido pela utilização da cal e da cinza de casca de

arroz em detrimento do cimento ou da cal hidráulica.

133

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ANEXOS

Anexo I – Caracterização da cinza de casca de arroz realizada pelo CDAC

Documents

Argamassas de cal aérea com incorporação de cinzas de ... · materiais existentes nos edifícios a reabilitar, o que suscitou o interesse de readquirir os conhecimentos relativos